天文学家在银河系边缘发现了一颗极为罕见的"原始"恒星，它的化学成分几乎原封不动地保存着宇宙诞生初期的模样。这颗名为PicII-503的恒星，很可能是宇宙第二代恒星的一员——由第一代恒星爆炸后的残骸孕育而生。相关研究3月16日发表于《自然·天文学》杂志。
麻省理工学院天体物理学家Anna Frebel没有参与这项研究，但她向《科学新闻》的Jay Bennett表示："这是一个了不起的发现。我知道找到这些恒星有多难。它们太稀有了，太稀有了。"
这颗原始恒星于2024年首次被智利Víctor M. Blanco望远镜捕捉到。它位于一个名为Pictor II的超暗矮星系中，这个星系年龄超过100亿年，距离地球约15万光年。这个古老的小型星系坐落在银河系外围的"晕"结构中——那是一圈由古老恒星组成的球形区域，可能由曾与银河系合并的遗迹矮星系形成。
后续用更多望远镜对PicII-503的观测揭示了一个特殊的化学特征：这颗恒星铁和钙含量极低，碳含量却相对较高。
这种成分组合暗示，这颗恒星携带着第一代恒星在剧烈死亡时产生的重元素痕迹。这些早期恒星可能只存活了几百万年，主要由最轻的元素——氢和氦构成。但在恒星核心极端的高温和高压下，这些物质聚变成了更重的元素，如碳和铁，天文学家将这类元素统称为"金属"。
这里需要理解恒星的一个核心功能：核聚变。恒星本质上是元素工厂。在它们的核心，较轻元素的原子被挤压在一起，逐渐形成越来越重的元素，包括氧、氖和镁。质量最大的恒星能够制造铁，但一旦开始产生这种元素，它们很快就会耗尽燃料并爆炸。
关于第一代恒星的死亡方式，研究人员提出了一种假设：当它们以低能量超新星的形式终结时，新产生的元素中最重的那些——比如铁，可能落回了恒星残骸；而较轻、更靠外的元素，比如碳，则被抛射到太空中，为第二代恒星播下了种子。
PicII-503的存在支持了这一想法，而且关键在于它所在的星系环境。Pictor II是已知最小的矮星系之一。如果孕育PicII-503的那场超新星是高能量的，那么催生这颗恒星的元素早就被吹离了Pictor II的前身星系，甚至可能将其撕裂。
"最让我兴奋的是，我们在一个原始星系中观测到了最初元素产生的直接结果，这是一项基础性的观测，"研究第一作者、斯坦福大学天体物理学家Anirudh Chiti在一份声明中说。
PicII-503的化学指纹还与另一个天体惊人相似：SMSS J031300.36-670839.3——一颗2014年在银河系晕中发现的恒星，被认为是当时已知最缺乏金属的恒星。两者都显示出碳相对丰富而铁极度匮乏的特征，这进一步强化了低能量超新星在宇宙早期化学演化中扮演关键角色的假说。
不过，科学界目前对第一代恒星的了解仍然有限。它们从未被直接观测到过。研究人员只能通过像PicII-503这样的"后代"来间接推测它们的性质。这些第二代恒星就像宇宙早期的"时间胶囊"，封存着第一代恒星死亡时的化学快照。
寻找更多这样的恒星是当务之急。但正如Frebel所言，这极其困难。超暗矮星系本身就很难探测，而其中符合特定化学特征的恒星更是凤毛麟角。PicII-503的发现得益于新一代大口径巡天望远镜的灵敏度提升，但即便如此，从海量数据中提取出这颗恒星的信号，仍然需要精密的后续光谱分析。
这项研究也引出了一个尚未解决的问题：低能量超新星是否是第一代恒星死亡的普遍模式，还是只是多种可能性中的一种？如果未来能找到更多化学特征类似的第二代恒星，且它们分布在不同类型的原始星系环境中，或许能帮助天文学家判断这种恒星形成机制在宇宙早期的普遍性。
另一个悬念在于，第一代恒星的质量分布至今仍不确定。它们可能普遍比后来的恒星大得多——质量达到太阳的数十倍甚至上百倍。如果是这样，它们的寿命极短，数量也相对稀少，这使得它们的遗迹更加难以追踪。PicII-503的化学组成或许能为约束第一代恒星的质量范围提供新的线索。
从更宏观的视角看，这项发现连接了两个尺度：一颗具体恒星的原子构成，与整个宇宙化学演化的宏大叙事。我们身体里的碳、血液中的铁，追根溯源都来自类似第一代恒星这样的古老熔炉。而PicII-503这样的恒星，恰好停在了这条传承链条的第二环，让我们得以窥见元素从第一代恒星向后来世代传递的最初瞬间。
宇宙已经138亿岁了。而一颗距离我们15万光年的小恒星，刚刚帮人类翻开了它童年时期的化学日记。
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