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第一代超大質量恒星演化成為對不穩(wěn)定超新星的藝術展示圖。對不穩(wěn)定超新星將含有多種元素的物質拋射到星際介質中，并以此形成下一代恒星。國家天文臺供圖

6月7日，國際學術期刊《自然》在線發(fā)表了中國科學院國家天文臺研究員趙剛帶領的國際團隊的一項重要成果。研究團隊率先在銀暈恒星中發(fā)現(xiàn)了第一代超大質量恒星演化后坍縮形成的對不穩(wěn)定超新星（PISN）存在的化學證據(jù)。

在此之前，理論研究曾預言這種特殊超新星的存在，但從未被觀測發(fā)現(xiàn)。該成果證實這一超新星源自于一顆質量高達260倍太陽質量的第一代恒星，刷新了人們對第一代恒星質量分布的認知。

第一代恒星給宇宙帶來第一縷曙光，是終結黑暗時代的起始點，主導著早期宇宙化學增豐過程和演化歷史。理論預言第一代恒星的壽命極短，只存在于高紅移的宇宙之中，因此直接觀測到第一代恒星的難度極大。長期以來，銀河系考古領域一直致力于通過極貧金屬星（金屬含量低于太陽的百分之一）來研究第一代恒星。

國家天文臺副研究員、論文第一作者邢千帆說：“之所以選擇貧金屬星為目標，是因為部分極貧金屬星可能誕生于第一代恒星終結時形成的氣體云，其化學豐度完整保留了第一代恒星演化產(chǎn)物的特征，從而使我們能夠利用這些‘活化石’揭示第一代恒星的演化歷史。”

研究團隊結合郭守敬望遠鏡低分辨率光譜和日本昴星團（Subaru）望遠鏡高分辨率光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一顆化學豐度極為特殊的恒星（LAMOST J1010+2358）。這顆恒星具有目前已知最低的鈉含量，其化學豐度還顯示出了強烈的“奇偶效應”，即原子序數(shù)為奇數(shù)的元素含量遠低于相鄰的原子序數(shù)為偶數(shù)的元素含量。此外，該恒星基本不含鍶、鋇等中子俘獲元素，幾乎未受到中子俘獲過程的影響。

論文通訊作者趙剛說：“這些化學豐度特征無法通過核坍縮超新星理論模型解釋，卻與260倍太陽質量的對不穩(wěn)定超新星理論計算結果高度吻合。這就意味著我們在這顆恒星上找到了對不穩(wěn)定超新星存在的化學證據(jù)。”

研究團隊表示，這一發(fā)現(xiàn)首次從觀測上證實了對不穩(wěn)定超新星的存在，并為第一代超大質量恒星（超過100倍太陽質量）形成和演化的觀測研究指明了方向。同時，對不穩(wěn)定超新星的前身星質量大、壽命短，小于300萬年，在其爆發(fā)后誕生的恒星極可能是迄今發(fā)現(xiàn)的最為古老的第二代恒星。

趙剛稱，此項研究從觀測上證實第一代恒星的質量可以達到太陽質量的數(shù)百倍，揭示了PISN在宇宙早期化學增豐過程中的貢獻，對研究第一代恒星的初始質量函數(shù)意義重大，并將對元素起源、宇宙早期的恒星形成和星系化學演化等方面的研究產(chǎn)生深遠影響。

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