哈勃发现极端贫金属恒星风骤减 解释韦伯怪... Features
2026年9月21日，《天体物理杂志增刊》发表了一项由犹他大学领衔的研究，利用哈勃太空望远镜的观测数据，揭示了宇宙早期星系为何如此“怪异”的线索。研究项目“极端贫金属O型星宝库”（TEMPOS）发现，低金属丰度环境中的大质量星，其恒星风速度在极端贫金属条件下急剧减弱，导致这些恒星保留更多物质，演化路径与银河系中的大质量星截然不同。这一发现可能解释詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的早期星系奇特形态。
剧照曝光韦伯望远镜带来的新谜题
詹姆斯·韦伯太空望远镜自2021年发射以来，持续在宇宙早期（大爆炸后约1亿年）发现结构异常复杂的星系。这些星系比理论模型预测的更明亮、更紧凑，且恒星形成活动更为剧烈。据《科学日报》报道，犹他大学物理与天文学助理教授、研究第一作者格雷斯·特尔福德（Grace Telford）表示：“韦伯打开了一整套关于早期星系演化的问题——它们很奇怪。”她指出，现有模型无法完全解释这些观测结果，核心原因之一可能是早期宇宙中大质量星的物理性质与现代银河系中的同类恒星存在根本差异。
预告曝光TEMPOS项目：聚焦极端贫金属环境
为了验证这一假设，TEMPOS项目利用哈勃望远镜的宇宙起源光谱仪（COS），对29颗位于6个邻近矮星系中的大质量星进行了紫外线观测。这些星系的金属丰度均低于太阳的五分之一，与早期宇宙环境高度相似。美国国家航空航天局（NASA）哈勃项目办公室在官方网站上表示，TEMPOS观测到的数据“首次在统计意义上揭示了极端贫金属环境下大质量星的行为”。紫外线光谱提供了恒星大气化学成分和恒星风速度的关键信息。每颗星的观测时间最长达到35小时，整个样本的总观测时长超过600小时。
海报曝光恒星风速度的意外转折
恒星风是大质量星通过辐射压向外抛射物质的持续过程。理论预测金属丰度越低，恒星风越弱。TEMPOS确认了这一趋势，但发现了未曾预料的非线性拐点：当金属丰度低于太阳的10%时，恒星风速度骤降至原本趋势预测值的1/3以下。下表总结了不同金属丰度区间内的观测特征：
| 金属丰度（相对于太阳） | 恒星风速度范围（km/s） | 观测恒星数 | 代表星系举例 |
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| --- | --- | --- | --- |
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| 20% - 60% | 2500 - 3500 | 12 | NGC 1705 |
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| 10% - 20% | 1500 - 2500 | 9 | I Zwicky 18 |
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| < 10% | 400 - 800 | 8 | SBS 0335-052 |
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特尔福德表示：“趋势原本比较平滑，但到了最低金属丰度时，风速突然大幅下降。我在数据中发现这个惊喜时非常兴奋。”这一突变意味着极端贫金属恒星在其生命周期中流失的质量更少，能够保留更多原始质量，从而改变其超新星爆发模式及对周围星际介质的能量注入。
铁丰度的关键作用
在驱动恒星风的多种重元素中，铁元素扮演着核心角色。然而，在极低金属丰度环境下直接测量铁含量极其困难。研究人员通常使用气体中的氧丰度来估算金属度，但铁和氧的丰度比例并非固定。TEMPOS通过分析紫外线光谱中极其微弱的铁吸收线，首次对29颗星的铁含量进行了相对测量。结果显示，尽管整体趋势与氧丰度相关，但在同样氧贫乏的星中，铁吸收强度存在显著差异，跨度达5倍。合作方、太空望远镜科学研究所（STScI）的天文学家克里斯汀娜·麦克奎因（Kristen McQuinn）指出：“不同铁丰度可能导致恒星风强度完全不同，这解释了过去单一金属度参数建模的偏差。”该发现将迫使模型引入铁丰度作为独立变量。
样本规模带来的统计突破
此前，对低金属丰度大质量星的研究往往局限于几颗星。TEMPOS项目新增了12颗星的观测数据，合并历史档案，形成了目前最大的同质数据集。特尔福德解释说：“之前只有3颗星的时候，根本看不到这些趋势。我们一直受限于小样本统计，这次是我们最努力构建足够大样本的一次尝试。”团队计划下一步将哈勃的紫外线数据与夏威夷凯克天文台的光学观测相结合，建立更精细的恒星模型，并计算精确的化学丰度和质量损失率。这些成果将公开存储在米库尔斯基太空望远镜档案中，供全球天文学家使用。
FAQ：读者常见问题解答
Q1: 为什么韦伯望远镜看到的早期星系会显得“怪异”？
A1: 早期宇宙的星系中，大质量星的金属丰度极低（不到太阳的10%）。TEMPOS发现这类恒星会保留更多质量，导致其超新星爆发能量和物质回馈方式与模型预期不同。这种差异进而影响星系中气体的冷却和恒星形成过程，最终使星系形态和亮度偏离传统预测。
Q2: TEMPOS项目的关键发现是什么？
A2: 关键发现包括两点：一是当金属丰度低于太阳的10%时，恒星风速度急剧下降至传统趋势的1/3以下；二是同样的氧贫乏星中，铁丰度存在5倍以上的变化，而铁是影响恒星风和超新星的关键元素。这些发现为解释韦伯观测到的早期星系提供了全新的物理机制。
总结与展望
TEMPOS项目首次系统揭示了低金属丰度大质量星的恒星风与铁丰度之间的非线性关系，为破解韦伯望远镜发现的早期星系“怪异”之谜提供了关键拼图。随着更多紫外与光学数据的融合，天文学家将能够修正星系演化模型，最终还原宇宙婴儿时期的真实面貌。
