学生发现本不该存在于银河系的古老恒星

一幅银河系图像，标出了古代移民星（SDSSJ07157334）的位置，并以星形符号标记；实线红色轨迹表示该恒星穿越银河系的实际路径；虚线蓝色轨迹表示一颗诞生于大麦哲伦云的恒星预期运行路径。致谢：维丹特钱德拉与斯隆数字巡天合作项目。背景图像来自欧空局盖亚任务，A.摩伊蒂尼奥、A.F.希尔瓦、M.巴罗斯、C.巴拉塔（里斯本大学）；H.萨维埃托（Fork研究），采用知识共享署名相同方式共享3.0国际组织许可协议（CCBY‐SA3.0IGO）。

学生们发现了一颗极为古老的恒星，其重元素含量极低，是迄今发现的最原始恒星之一。令人惊讶的是，这颗恒星似乎诞生于另一个星系，随后才进入银河系。

芝加哥大学的一支本科生团队利用斯隆数字巡天（SDSS）的数据，发现了一颗已知宇宙中年龄最古老的恒星之一。这颗恒星尤为特殊，因为它并非诞生于银河系，而是形成于邻近的一个伴星系，之后才进入银河系。

这一发现是由该大学天体物理学实地课程的十名学生完成的。该课程由斯隆数字巡天计划五期（SDSSV）的副项目科学家亚历克斯吉教授带队，还有研究生助教希拉里安达莱斯和皮埃尔蒂博多协助。

利用斯隆数字巡天（SDSS）数据搜寻古老恒星

斯隆数字巡天（SDSS）是一项长期开展的国际性合作项目，参与机构超过75家。二十多年来，该项目始终致力于采集并公开共享海量天文观测数据。在当前阶段，其采用自动化观测系统获取数百万个天体的光谱数据，助力科学家深入研究恒星、黑洞及星系的演化过程。

作为课程学习的一部分，学生们直接使用斯隆数字巡天（SDSS）数据开展研究。在数周时间里，他们系统分析了大量恒星，从最新发布的数据集中筛选出具有特殊性质的候选体。基于初步筛查结果，他们最终选定77颗恒星，赴拉斯坎帕纳斯天文台开展后续观测。

主图：伊雷内杜邦望远镜是SDSSV南天观测部分的所在地，正在快速巡测宇宙。该望远镜已配备一套全新仪器和一个新型机器人焦平面系统，以支持SDSSV项目（左图）。图片来源：HaDo（芝加哥大学）；插图：SDSS合作组织

望远镜观测期间的一项突破

学生们在春假期间前往智利的卡内基科学研究所拉斯坎帕纳斯天文台，在那里他们使用麦哲伦望远镜上的麦哲伦今森京瓷阶梯光栅光谱仪（MIKE）。在第一个观测夜，他们开始对选定的目标进行观测。他们观测的第二颗恒星，即SDSSJ07157334，很快引起了他们的注意。

我们第一晚就发现了它，这完全改变了我们对课程的安排，吉说。

最初，每颗恒星的观测计划为10分钟。然而，在认识到该天体的重要性后，团队在随后一晚投入了三个小时对其进行研究。

我一整晚都盯着那台相机，以确保它正常工作。参与此次发现的学生之一娜塔莉奥兰蒂亚说道。

来自另一个星系的远古移民

这颗恒星的成分揭示了它的非凡之处。它几乎完全由氢和氦组成，表明它形成于宇宙早期。这使它成为迄今观测到的最原始、最古老的恒星之一。

对其轨道的进一步分析表明，它起源于大麦哲伦云——银河系最大的伴星系，并在数十亿年前迁移到了我们的银河系。由于这段旅程及其古老年龄，Ji将其称为远古移民。

这一古老天体为我们提供了早期宇宙状况的前所未见的视角。像SDSS这样的大数据项目使得学生能够直接参与这些重要发现。

记录最低金属含量及其意义

在天文学中，比氢和氦更重的元素被称为金属，恒星中这些元素的含量被称为金属丰度。SDSSJ07157334的金属含量仅为太阳的0.005%，这使它成为迄今观测到的金属丰度最低的恒星，其金属丰度比之前的纪录保持者低了一倍多。

我们对这颗恒星中的大量元素进行了分析，所有元素的丰度都相当低，该团队的另一名学生哈多说道。

这种极低的金属丰度是年代久远的标志。较重的元素是在超新星爆发中产生的，所以一颗缺乏这些元素的恒星必定是在大多数此类爆发发生之前形成的。这使它跻身于宇宙中最早形成的恒星之列。

追踪星星的起源和运动

为了更好地了解这颗恒星的历史，该团队使用了欧洲航天局盖亚任务的数据。这使他们能够测量它的距离并追踪它在银河系中的运动。

通过追溯这颗恒星数十亿年前的运行轨迹，他们证实它最初源自大麦哲伦星云，最终进入了我们所在的星系。

一种罕见的化学特征，几乎不含碳

进一步的分析揭示了另一个惊人的细节。姬将班级分成小组，以研究这颗恒星的不同特性。奥兰特亚和多牵头开展了测量其碳含量的工作，结果发现碳含量极低，无法检测到。

这颗恒星含碳量极低，这表明它的形成可能是早期宇宙尘埃的少量散布所致，纪（Ji）说，这种形成途径此前仅被观测到过一次。

一项激发未来天文学家灵感的发现

在职业生涯早期参与这样一项重大发现影响了这些学生的未来规划。奥兰蒂亚和杜都打算继续攻读天文学研究生。

能够真正为这样的事情做出贡献，这非常令人兴奋，杜说。

这些学生发现的不仅仅是迄今最纯净的恒星，斯隆数字巡天第五期项目主任朱娜科尔迈尔表示。他们还发现了自己不可剥夺的物理探索权利。像斯隆数字巡天和盖亚这样的巡天项目，让全球各地所有年龄的学生都能实现这一可能，这个例子证明，探索的空间依然广阔。

一篇来自大麦哲伦云的近乎原始恒星的研究 作者：亚历山大P吉、维丹特钱德拉、塞伦娜梅希亚斯托雷斯、钟远张、菲利普艾特纳、凯文C绍尔曼、希拉里戴安安达莱斯、何浩、娜塔莉M奥兰蒂亚、里提卡图德米拉、皮埃尔N蒂博多、凯文G斯塔松、玛德琳豪厄尔、杰米泰亚尔、玛丽亚贝尔格曼、安德鲁R凯西、詹妮弗A约翰逊、乔琳K卡尔伯格、威廉塞尔尼、何塞G费尔南德斯特林卡多、基思霍金斯、尤娜A科勒迈尔、谢尔文FP拉波特、吉列尔梅林贝格、田角史、萨博尔奇梅萨罗斯、肖恩莫里森、大卫L尼德弗、盖伊S斯特林弗洛、唐纳德P施耐德、赖利泰 发表于《自然天文学》

相关知识

古老恒星是指在宇宙早期形成、年龄超过百亿年的恒星，它们通常金属含量极低，是研究宇宙起源和星系演化的重要线索。这类恒星存在于银河系晕族中，其存在帮助科学家理解早期宇宙的化学演化过程。

BY: Sloan Digital Sky Survey

FY: AI