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天文新知

宇宙活化石:迄今已知最老的球狀星團HP 1確定為128億歲

歷經數十載的研究,天文學家L.O. Kerber等人確認位在銀河系核球(bulge,簡稱銀核)內的球狀星團HP 1年齡高達128億歲,是迄今已知宇宙中最老的星團之一,堪稱宇宙活化石!天文學家相信:HP 1應該是某個古老星系的殘骸。相關論文刊登在英國皇家天文學會月刊(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)中。

HP 1球狀星團。Credit : Gemini Observatory/NSF/AURA/VISTA/Aladin/CDS)

天文學家知道HP 1的存在已經很久了,但受限地球大氣干擾之故,一直無法得到精確的光譜訊息。1997年曾利用星團中的紅巨星估測出的HP 1年齡達138億歲,與宇宙年齡相當,甚至還要更老,顯然有矛盾,意味著我們對宇宙演化的某些非常基礎的認知是錯誤的。現在,藉由自適應光學技術的精進,改善大氣扭曲造成的影響,天文學家才得以透過位在智利的雙子南望遠鏡(Gemini South telescope)獲得迄今解析度最高的HP 1星團觀測訊息,甚至可媲美哈伯太空望遠鏡。

星團內的成員星幾乎是同時一起從同一片星雲中誕生,有著幾乎相同的化學組成和年齡,但卻因質量大小不同,演化速度也不一樣,質量愈大者愈快抵達生命終點,愈小者愈長壽。Kerber等人從雙子南望遠鏡和哈伯太空望遠鏡以往的可見光觀測影像辨認星團中最暗的恆星,並從歷史資料中找出11顆天琴座RR型變星(RR Lyrae),這種變星天文學家用作估算距離的標準燭光之一。由此,天文學家估算HP 1距離地球約21,500光年遠;由這個距離測量,天文學家也能判定星團恆星的絕對星等。而這些又可讓天文學家從星團赫羅圖(Hertzsprung–Russell diagram)精確得出恆星類別,從而由此精確估計其他恆星的物理量,例如可由光譜得知各種不同元素的金屬豐度(metallicity)等。

凡此種種,都是恆星年齡的線索。在宇宙極早期,幾乎沒有比氫和氦還重的重元素(又稱金屬元素),而後隨著恆星核心核融合反應,才逐漸製造出重元素來,在恆星死亡時釋放回宇宙空間中,新一代恆星又從中誕生。所以愈早期、愈古老的恆星,含有的重元素比例(稱為金屬豐度)愈低,反之隨著宇宙演化,新恆星的金屬豐度愈來愈高。而HP 1的金屬豐度極低,天文學家認為這個星團的形成時間應該在宇宙年齡10億歲以內的時候,所以HP 1可作為瞭解銀河系形成的關鍵,填補目前對銀河系過去和現在之間的認知缺失。

有很長一段時間,天文學家一直認為最老的球狀星團只能在銀河系外圍區域發現。但近年研究卻顯示銀河系中已知約160個球狀星團,約有1/4位在銀核中。銀核是銀河系中心地區,相當於荷包蛋的蛋黃處,塵埃氣體恆星非常密集,寬度將近10,000光年。既然這些球狀星團是從宇宙最初的塵埃氣體形成,而後才併入銀河系中,因此這些星團可提供銀河系最早期狀況的線索,例如當時的化學歷史等迄今尚在爭議的議題。(編譯/張桂蘭)
 
資料來源:ScienceAlert

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