最古老的恒星在哪里?

最古老的恒星在哪里?
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本文与 MIT News合作发布。

安娜·弗雷贝尔从天空中数十亿颗恒星之中,细致地将宇宙中一些最古老的恒星挖掘出来。通过测定这些古老恒星的化学成分,她希望重建宇宙最初时刻的宇宙环境图景。

弗雷贝尔是麻省理工学院物理系Silverman家族职业发展助理教授,同时也是卡弗里天体物理与空间研究所的成员。她是被称为“恒星考古学家”的新一代天文学家之一,这类天文学家在天空中搜寻来自古老恒星的遥远光芒。在本月出版的新书《寻找最古老的恒星:来自早期宇宙的古老遗迹》中,弗雷贝尔记述了这场常常彻夜无眠的恒星遗迹搜寻之旅。她接受麻省理工学院新闻采访,谈到天文学家有时充满风险的生活,以及古老恒星发出的光可能如何帮助我们更深入地理解现代世界。

问:寻找古老恒星与考古学家的工作有何相似之处?

答:我们想了解早期时代,也就是宇宙最初的十亿年。通过识别非常古老的恒星,我们可以了解那时的宇宙是什么样子。恒星的好处在于,它们就像橱柜里的旧豆罐头:你随时都可以打开,里面的东西依然保存完好。

恒星保存着形成它们的原始气体云的化学成分。这正是我们正在发掘的真正考古信息。我们不仅是在寻找这些恒星,也是在挖掘它们的构成物质,从而理解早期宇宙的化学成分是什么样的。

这为何有趣?因为恒星通常在其核心中合成了元素周期表中我们所知的所有化学元素。因此,我们所熟悉、所热爱的一切,以及今天构成我们自身的全部物质,都必须在恒星和超新星爆炸中经过数十亿年的“烹制”才得以形成。

通过寻找最古老的恒星及其化学成分,我们可以追溯例如碳和铁,以及我们首饰中的银和金等元素,是如何首次在最初的恒星中生成的;随后,这些元素又如何融入星际介质和早期宇宙的气体中,并如何被循环进入下一代恒星,而这些下一代恒星今天仍然可以被观测到。

因此,我们真正回溯到了所谓化学演化的起点。我们可以拼凑出这一切是如何开始的,这才是真正的考古工作。

问:您曾使用世界上一些最大的望远镜寻找恒星,包括智利拉斯坎帕纳斯天文台的两台6.5米口径麦哲伦望远镜。在这样大型、偏远的设施中,观测体验是怎样的?

答:观测工作非常有意思。我很喜欢身处其中,获取数据后立即查看,看看:这是否令人兴奋,还是我应该迅速转向下一个目标,以便再有一次发现的机会?偶尔我们确知会有所发现,有时则需要更长时间。

观测意味着什么?我们白天睡觉,通常在日出前才闭上眼睛,可能一直睡到下午3点。然后我们得前往望远镜处,为夜间工作做准备。接着,来自不同望远镜的观测者会在天文台的招待所一起吃晚饭。然后便前往望远镜,坐在各种计算机屏幕后面,按下各种按钮,一次接一次地进行观测。一旦清晨天色变得太亮,或者下雪,或者出现火情,或者云层不佳,或者遇到冰雹或雨夹雪,一切便都会停止。这些我都经历过,包括火情。

我还是研究生时,曾在位于国家公园[在澳大利亚]内的赛丁泉天文台进行观测。那是春季,公园正在进行受控的回烧,以防止野火蔓延。但有一小部分火势失去了控制,沿山坡向上蔓延,而我当时正独自在望远镜旁观测。火焰在晚饭后、暮色降临时开始逼近。它几乎绕着望远镜蔓延,并直接烧向支撑着我望远镜所有线缆的木杆。

午夜时分,我打电话叫来了天文台的消防队。我帮忙铺开水管,并用水把火浇灭。这完全是亲力亲为。但在天文台,这正是你该做的事。你有责任照看望远镜、观测场地,以及与你一同在山上的其他人。我们居然还能完成任何工作,真是令人惊叹!

问:在您的书中,您重点介绍了该领域的重要贡献,其中许多是由女性做出的。其中一些女性的发现并未立即获得认可,包括“哈佛计算员”。这些女性是谁?

答:我在哈佛做博士后时,在走廊里看到了许多女士的肖像。她们被称为“哈佛计算员”,因为约1900年担任哈佛学院天文台台长的爱德华·皮克林解雇了他的男助理,转而雇用了自己的管家。他说:“那些男助理太懒了,我的管家可能做得更好。”

事实上,她确实做得更好,这促使他雇用了大约十几位女性,只是并非一次性雇用。她们因开展了如此基础性的工作而声名远扬。她们负责为大量恒星编目、对光谱进行分类,并完成各种计算。起初,他把她们工作的功劳全部据为己有,但这些女士所做的工作实在太多、太出色,真相最终大白。如今,她们因其贡献而享誉世界。

我的工作在某种程度上可以追溯到她们所做的许多事情。我认为,记住前人的工作,以及女性在科学中的贡献,非常重要。在我的书中,这一点时常有所体现:我只是这些姐妹中的一员,我们将继续做我们正在做的事情,而且我相信,在我之后也会有许多人这样做。

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作者:Jennifer Chu,MIT News特约撰稿人。

图片:2003年至2012年间,使用哈勃太空望远镜的高级巡天照相机和广角照相机拍摄的多次独立曝光合成图。REUTERS/HUDF/NASA/Handout via Reuters。

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