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一个球形星团中重元素少得惊人

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一个奇怪的、新测量的围绕仙女座星系运行的恒星团,其重化学元素的含量是在这些神秘星团中所见过的最低的。10月15日,天文学家在《科学》在线版上报道,这个名为RBC EXT8的球状星团质量惊人,对此类星团和一些星系如何形成的理论提出了挑战。

密歇根大学安娜堡分校的天体物理学家奥列格·格内丁(Oleg Gnedin)说:“这是一个非常不寻常的物体。”格内丁没有参与这项新发现。

球状星团是围绕星系中心运行的拥挤的球状星团,尽管包括RBC EXT8在内的大多数星团都生活在星系外围。这些星团通常有数十亿年的历史,因此它们的恒星往往在化学上是原始的,这意味着它们在宇宙有时间创造出比氢或氦更重的元素之前就形成了,天文学家将这些元素统称为“金属”。

先前对银河系和其他星系中这些星系团的观察表明,球状星系团的金属含量是有限的。最缺乏金属的星团中铁等重元素的含量比太阳少300倍,但也不少于太阳。

但距离我们250万光年的RBC EXT8的光谱显示,该星团的金属含量大约是太阳的800倍。先前保持最低“金属丰度”记录的球状星团的金属丰度是这个数字的三倍。

“这完全是出乎意料的,我们会找到一个球状星团金属穷,”内梅亨大学的天文学家Søren Larsen说奈梅亨,荷兰。

更重要的是,考虑到它的金属含量很低,沐鸣平台登陆线路这个星团的质量惊人,大约114万倍于太阳的质量。(一个中等质量的球状星团大约有10万太阳质量,但有些星团达到300万太阳质量。RBC EXT8很重,但不是最重的。)

这种质量使得星系团更难解释,因为在整个宇宙中,一个星系或星系团的质量越大,它通常拥有的重元素就越多。

对于这一趋势有几种可能的解释,其中一种解释就是质量越大的星系或球状星团就有越多的恒星。一颗恒星在其核心融合重元素,并随着年龄的增长将重元素散布在其主星团或星系周围。足够大的恒星可以爆炸成超新星,将这些金属扩散成为下一代恒星的一部分(SN: 8/9/19)。所以更多的恒星意味着更多的金属在当地积累的机会。

更大质量的物体也有引力的优势,这使它们能更好地抓住它们已经拥有的金属,并在数十亿年里保持一个有凝聚力的群体。质量较小的球状星团随着时间的推移会溶解到它们的宿主星系中。

这些趋势结合在一起可以解释球状星团明显的“金属丰度底部”——所有质量较小、沐鸣平台登陆线路金属含量较低的星团在漫长的时间里已经分裂。

RBC EXT8颠覆了这一传统观念。Gnedin说:“它太大了,金属丰度不可能这么低。”“这就是难题。”

天文学家不确定球状星团一般是如何形成的,但它们可能是在星系内生长的,而不是在星系外形成,然后被吸入星系内。所以星系团反映了它们星系的特征:小的、缺乏金属的星系最终会形成小的、缺乏金属的球状星系团,反之亦然。但根据RBC EXT8的金属含量,它的星系诞生地的质量将小于100万太阳质量,比球状星团本身还要小——这是一个悖论。

因此,星系团对一些星系形成的简化模型提出了挑战。但这并不能完全打破它们,Gnedin说。他说:“这是一件物品,它不会颠覆任何东西。”“这只会让我们这些致力于这些问题的人不得不更加努力”,并对星系可能形成的其他方式持更开放的态度。

开放的思想和探索的意愿可能是RBC EXT8金属的新发现的原因。2019年10月,拉森和他的同事在夏威夷用凯克望远镜开始观测时,发现了这个球状星团。“这真是一个偶然的发现,”他说。在他的团队计划观测的M33星系球状星团上升到地平线上之前,他有一个小时的空闲时间,所以观察者“或多或少”选择了另一个星团来填补这段时间。

拉森说:“一开始,我不敢相信(观察结果)是正确的。”“但我一直在努力,结果它挺了过来。”