第一代“太阳”被发现了？
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6月7日，国际学术期刊《自然》在线发表了中国科学院国家天文台研究员赵刚带领的国际团队的一项重要成果。研究团队率先在银晕恒星中发现了第一代超大质量恒星演化后坍缩形成的对不稳定超新星（PISN）存在的化学证据。
第一代恒星给宇宙带来第一缕曙光，是终结黑暗时代的起始点，主导着早期宇宙化学增丰过程和演化历史。理论预言第一代恒星的寿命极短，只存在于高红移的宇宙之中，因此直接观测到第一代恒星的难度极大。长期以来，银河系考古领域一直致力于通过极贫金属星（金属含量低于太阳的百分之一）来研究第一代恒星。
国家天文台副研究员、论文第一作者邢千帆说：“之所以选择贫金属星为目标，是因为部分极贫金属星可能诞生于第一代恒星终结时形成的气体云，其化学丰度完整保留了第一代恒星演化产物的特征，从而使我们能够利用这些‘活化石’揭示第一代恒星的演化历史。”
这个结论，其实是从第一代恒星的“化石”中得出的。让我们穿越亿万年的时间，一起开启“恒星考古”之旅。
虽然第一代恒星基本已经不存在了，但是你我身上都有它的印记。
天文学家习惯将宇宙中最早诞生的一批恒星称为第一代恒星，也叫做星族III恒星。宇宙学理论认为，138亿年前大爆炸产生了宇宙，在宇宙刚诞生的一段时间内，到处都是一片黑暗，宇宙大爆炸之后约1-2亿年，才诞生了最古老的第一代恒星，发出照亮宇宙的第一缕曙光，也开启了宇宙中化学元素演变的序幕。
宇宙大爆炸后只产生了氢、氦和极少量的锂元素，人们普遍认为第一代恒星诞生于宇宙最早期几乎不含有任何金属元素（在天文学上，除了氢和氦之外的元素都统称为金属元素）的气体云中（点这里看看恒星诞生的地方），这里无法有效地通过辐射来冷却（氢和氦原子的第一激发能级高于金属元素的激发能级），因此这些最古老的第一代恒星大气层中的金属含量极低，只存在氢、氦和极少量的锂。
在原始的气体云中形成了第一代恒星示意图 （图片来源：NASA）
理论认为第一代恒星的质量非常大，处于几十到数百倍太阳质量之间，而寿命仅有几百万年（因为恒星越“胖”寿命越“短”），因此早在130多亿年前，绝大部分第一代恒星就以剧烈的超新星爆发的形式结束了一生。
第一代恒星的超新星爆发（图片来源：国家天文台）
正所谓“一鲸落，万物生”，大质量的第一代恒星虽然已经消失了，但它们以超新星爆发的形式终结时，释放的金属元素被第二代恒星继承并保留了下来。
第一代恒星遗迹孕育第二代恒星（图片来源：国家天文台）
其中一些第二代恒星的质量很小，甚至低于太阳的质量，因此寿命也比较长，它们可以存活到现在并被天文学家直接观测到，是我们现在能够直接观测到的最古老的恒星。这些第二代恒星的金属含量很低，比如它们的铁含量甚至不足太阳铁含量的百分之一，天文学家习惯称它们为贫金属星。
通过分析这些现存的小质量第二代恒星的化学组成（所含元素的种类和含量），天文学家可以结合超新星理论模型反推出组成它的物质源自何种性质的第一代恒星，这种分析过程，被天文学家们形象地称之为“恒星考古”。（点这里看如何分析恒星的化学组成）
而且，如果找到了特殊的第二代恒星，还可能有意外收获！
本研究中，研究人员不但确认了迄今为止质量最大的第一代恒星，还首次证实了一种特殊超新星的存在。
首先给大家讲讲第一代恒星“死亡”的过程：
通常小于100倍太阳质量的第一代恒星都以核坍缩型超新星爆发的形式结束生命；而介于140-260倍太阳质量的第一代恒星，其核心处产生的正负电子对会减弱恒星内部的辐射压力，并导致恒星坍缩形成对不稳定超新星（PISN）。
研究团队随后利用日本昴星团望远镜精确确定了一大批贫金属星的化学元素组成，率先发现了一颗化学元素含量极为特殊的恒星，它是目前已知恒星中钠含量最低的恒星，该恒星的化学丰度还显示出了强烈的“奇偶效应”。
通过恒星光谱，获知恒星的化学元素组成（图片来源：国家天文台）
这颗恒星的种种化学基因特征表明它无法通过核坍缩超新星理论模型来解释，却与260倍太阳质量的PISN理论计算结果高度吻合。因此，天文学家认为这是一颗保留了PISN化学遗迹的贫金属星，为一直以来未能露面的第一代超大质量恒星及其演化形成的PISN提供了清晰的观测证据。
可以说，这颗恒星的“父辈”是一个260倍太阳质量的“大胖子”，由于它的“父辈”的寿命非常短，它也可以说是迄今为止观测到的最古老恒星了。
化学丰度特殊恒星LAMOST J1010+2358与超新星模型的比较。红色圆点代表LAMOST J1010+2358的元素丰度，黑色实线分别表示前身星质量为10倍太阳质量的核坍缩超新星(a); 85倍太阳质量的核坍缩超新星(b); 260倍太阳质量的对不稳定超新星(c)。
这一特殊恒星的发现，首次让天文学家找到了第一代超大质量恒星及其演化产物对不稳定超新星存在的观测证据，并从观测上证实第一代恒星的质量可以达到太阳质量的数百倍，揭示了对不稳定超新星在宇宙早期化学增丰过程中贡献了大量金属元素，对研究第一代恒星的初始质量的分布规律意义重大，并将对元素起源、宇宙早期的恒星形成和星系化学演化等方面的研究产生深远影响。
组成世界和我们身体的元素是在何时、何地以何种方式形成，它们又是如何驱动了生命的诞生，这些问题的答案也许就隐藏在恒星演化的历史之中。
研究团队结合郭守敬望远镜低分辨率光谱和日本昴星团（Subaru）望远镜高分辨率光谱数据发现了一颗化学丰度极为特殊的恒星（LAMOST J1010+2358）。这颗恒星具有目前已知最低的钠含量，其化学丰度还显示出了强烈的“奇偶效应”，即原子序数为奇数的元素含量远低于相邻的原子序数为偶数的元素含量。此外，该恒星基本不含锶、钡等中子俘获元素，几乎未受到中子俘获过程的影响。
论文第一作者邢千帆博士介绍，研究团队结合郭守敬望远镜（LAMOST）低分辨率光谱和日本昴星团（Subaru）望远镜高分辨率光谱数据发现了一颗化学丰度极为特殊的恒星（LAMOST J1010+2358），它是具有目前已知最低的钠含量。该恒星的化学丰度还显示出了强烈的“奇偶效应”，即原子序数为奇数的元素含量远低于相邻的原子序数为偶数的元素含量。此外，该恒星基本不含锶、钡等中子俘获元素，几乎未受到中子俘获过程的影响。这些化学丰度特征无法通过核坍缩超新星理论模型解释，却与260倍太阳质量的PISN理论计算结果高度吻合（见图1）。这一发现首次从观测上证实了PISN的存在，并为第一代超大质量恒星（超过100倍太阳质量）形成和演化的观测研究指明了方向。同时，PISN的前身星质量大、寿命短，小于300万年，在其爆发后诞生的恒星极可能是迄今发现的最为古老的第二代恒星。
论文通讯作者赵刚说：“这些化学丰度特征无法通过核坍缩超新星理论模型解释，却与260倍太阳质量的对不稳定超新星理论计算结果高度吻合。这就意味着我们在这颗恒星上找到了对不稳定超新星存在的化学证据。”
研究团队表示，这一发现首次从观测上证实了对不稳定超新星的存在，并为第一代超大质量恒星（超过100倍太阳质量）形成和演化的观测研究指明了方向。同时，对不稳定超新星的前身星质量大、寿命短，小于300万年，在其爆发后诞生的恒星极可能是迄今发现的最为古老的第二代恒星。
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