一颗携带特殊证据的 “活化石”，揭示了两个“幼年”宇宙的秘密

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。

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）。

与核坍缩型超新星相比，理论预言对不稳定超新星的产物具有极为特殊的化学元素组成[4]，最主要的特征是原子序数为奇数的元素含量远小于相邻的原子序数为偶数的元素含量，也称为“奇偶效应”，比如钠比镁和钴比镍。因此，由对不稳定超新星产物演化形成的第二代恒星也会呈现出罕见的化学丰度模式，这为寻找第一代超大质量恒星的化学遗迹提供了线索。

但是，以上均是理论研究，并且贫金属星样本的规模有限，人们始终没有找到大于100倍太阳质量[3]的第一代恒星和它“死亡”形成的对不稳定超新星的观测证据。

在本研究中，研究团队基于我国大型光谱巡天望远镜LAMOST，曾开启了国际上最大规模的贫金属星搜寻项目[5]，获得了包含上万颗贫金属星的样本，相当于拿到了大量研究恒星考古和早期宇宙化学演化的“活化石”。

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)。

照亮 “恒星考古”之路

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。

未来，期待天文学家能够利用LAMOST和中国空间站工程巡天望远镜发现更多化学元素含量特殊的恒星，使人类可以通过捕捉更多第一代恒星留下的化学遗迹，沿着宇宙时光隧道穿越到远古，认识和了解最高辈分的第一代恒星和早期宇宙的“本来面貌”。

第一代超大质量恒星演化成为对不稳定超新星的艺术展示图。对不稳定超新星将富含多种元素的物质抛射到星际介质中，辅助下一代恒星的形成。