宇宙中年龄最大的恒星是什么,它们有些为何会出现在银河系中?
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发布时间：2023-06-25 23:01
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时间：2024-12-14 13:57
“只要持之以恒，知识丰富了，终能发现其奥秘。”——杨振宁
自古以来，恒星在人们心中是永恒、恒心的代表，在我们有限的生命里，我们很难看到夜空中的星星会发生比较大的变化！但是我们现在知道，恒星也有年龄，它们也会生老病死，在宇宙的星系中有些恒星是在刚形成的新生儿，而有些恒星则是在宇宙诞生时期就已经形成的古老恒星，它们和宇宙的年龄相当。那么我们目前所知宇宙中最古老的恒星是什么？未来我们有没有机会找到宇宙诞生后形成的第一批（颗）恒星？
首先我们根据赫罗图找到最古老的星团
仰望夜空，黑暗夜幕上散布着数万颗肉眼可见的恒星，而且它们看起来形态、颜色各异，其中一些非常耀眼，而一些则暗淡无光。有些星星的颜色是蓝色的，有些是白色的、还有*、橙色，甚至是红色，不同的颜色代表了不同大小和质量的恒星。其中还一些恒星的光度在不停的闪烁和变化，而另一些却是稳定不变的光源。这一切都表明恒星和我们人类一样拥有着丰富的多样性。
但是，我们看到的并不一定都是真的，视觉有时也会因为一些外在因素的干扰让我们产生错觉！例如夜空中疯狂闪烁的星星（如：天狼星）就跟地球大气的湍流有关，而与恒星本身固有的属性无关！下次我们在看到星星眨眼睛，那其实不是星星自身的光度在变化，而是星光穿过大气层时大气对星光的扰动造成的。
同样，有些恒星本身就比其他恒星更亮或着更暗。但由于离我们更远的恒星看起来就比较暗，而离我们近的恒星看起来就相对亮一些。因此恒星的表观亮度（看起来有多亮），并不能代表恒星的内禀亮度（实际有多亮）。但恒星的颜色是另外一回事。
一颗蓝色的恒星和一颗红色的恒星，它们的颜色并不会因为距离和大气的原因产生变化。恒星是质子，中子和电子这些正常物质被内部发生的核聚变加热到特别高的温度，由于存在温差，所以就会存在色差。当我们看到右边的参宿四和左边的参宿七时，我们看到它们表现出的色差就是真实的。
如果我们能知道恒星离我们有多远（通过视差法、变星、Ⅰa型超新星确定恒星的距离），然后根据恒星的表观亮度，我们就能算出它的内禀亮度，我们就会发现恒星的颜色和它的星等，或者说它的内在亮度之间存在一种普遍而重要的关系。
这种关系被称为赫茨普龙格-罗素图，它使我们能够确定一颗恒星的生命周期目前正处于哪个阶段。对于类太阳恒星来说（太阳质量的40%到400%之间的恒星）将以主序星的形式开始，直到核心的氢燃料耗尽，并停止核聚变，然后恒星会变亮，膨胀，稍微冷却，在这个过程中恒星会变成一个更加明亮的亚巨星（次巨星）。最终，恒星将开始在内核中融合氦元素，成为一颗真正的红巨星（Ⅲ巨星），恒星的颜色可能会在红黄之间的不同点上振荡。当核心氦元素耗尽时，外层会被吹到星际空间，核心会收缩成更热但明显更暗的白矮星。
当我们观察同时形成的恒星群（星团）时，因为最亮、最蓝的主序星消耗燃料的速度最快，因此我们可以通过观察星团中不同质量主序星的“消失”，或者说亚巨星的开始，就可以确定一个星团的年龄。
对于一个开放星团来说，它们的年龄范围从大约100万年到非常古老的一些例子，比如NGC 188，大约有50亿年，甚至比我们的太阳还要古老！但是在很多地方我们可以看到比NGC 188更古老的星团。
球状星团是整个宇宙中最古老的天体之一，如上图中的梅西耶56。它们的年龄通常超过120亿年，有些球状星团超过了130亿年，接近了宇宙本身的年龄，它们确实是来自宇宙不同时代的遗物。
根据恒星中重元素的丰度，我们找到了目前所知最古老的恒星
研究球状星团对于回顾和理解宇宙最早期的阶段非常有用，因为更古老的天体是在离大爆炸更近的时期形成的！随着时间的推移，一代又一代恒星的生存和死亡，质量较大的恒星将其燃烧的燃料循环回星际介质中，形成下一代恒星其内部会含有更丰富的重元素。
我们的太阳是45亿年前形成的恒星，包含了大约（质量）70%的氢，28%的氦，以及1- 2%的“重元素”（意思是任何比氦重的元素）。恒星中的重元素很罕见，因为重元素需要恒星来融合！所以恒星形成的时间越早，重元素就越少，这意味着如果我们测量一颗恒星的元素含量，就能得到它的年龄信息。
梅西耶56中的恒星只有太阳重元素含量的1%，这在天文学上被称为金属丰度。据我们所知，银河系中有两颗恒星比它还要古老：一个是HE 1523–0901，只有太阳金属含量的0.1%，而另一颗是目前所认为最古老的恒星HD 140283，只有太阳的金属含量的0.4%。
那宇宙中最古老的恒星是哪一颗
确定一颗恒星年龄的问题在于：只有一颗恒星，我们不可能知道这颗恒星形成时，那部分宇宙的全部历史。为什么呢？因为宇宙在结构形成时，实在是太混乱了，我们无法追溯一颗古老恒星的起源。
你还记得宇宙最初是什么样子吗？如果想不起来，但你应该见过下面这张图片，它代表了早期宇宙完美平滑的温度波动。
蓝色区域或者说是冷点，只比平均温度低了0.003%，代表了宇宙中密度过高的区域，或者说物质密度略高于平均水平的区域。红色区域或者说是热点，只比平均温度高了0.003%，代表了宇宙中密度较低的区域，或物质密度略低于平均水平的区域。
随着时间的推移，密度过高的区域会优先吸引越来越多的物质，密度最大的区域首先会坍塌形成恒星，然后是星团，然后是小的原星系，最后是大的星系和星系团。
万有引力首先在最小的尺度上起作用，因为万有引力受到光速的*。然而，在很长一段时间里，即使是最小的、密度过高的区域，即使是那些相对独立形成的区域，即使是那些首先在整个宇宙中形成结构的区域，最终也会与其他密度过高的区域合并在一起。
最终我们会得到巨大的螺旋星系和椭圆星系，以及一些矮星系和小星系，但最初形成的恒星不会不受影响的独立存在。换句话说，宇宙中的单个恒星会和其他结构在引力的作用下混合在一起。
根据我们最好的估计，宇宙中最早的恒星可能是在大爆炸之后的五千万到一亿年间形成的，或者是宇宙只有现在年龄的0.3到0.7% ！就算未来詹姆斯·韦伯太空望远镜升空，我们也不可能看到那么遥远的过去。因此无论宇宙中的10^24颗恒星中，哪一颗是最古老的恒星，几乎可以肯定的是，我们无法找到并识别出最古老的恒星。
但我们可以确定的是，银河系中的一些恒星可能起源于宇宙最古老的时代，当然也可以追溯到宇宙还不到3亿年的时候！我们观察银河系中的每一颗恒星，新生的恒星与宇宙历史上古老的恒星已经完全混合在了一起，我们无法把它们分辨出来。这就是我们目前对宇宙中最古老恒星的理解和认识。
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时间：2024-12-14 13:57
