恒星性质与赫罗图

恒星金属丰度

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当天文学家说“金属”时,他们指的是一件令人吃惊的事:对他们来说,比氢和氦更重的每一种元素都算金属——包括氧、碳、氮,而这些在化学家看来根本不是金属。金属丰度无非就是:一颗恒星里有多少比例是由这些较重的元素构成,而非由大爆炸遗留下来的原初氢和氦。

金属丰度由恒星的光谱读出:较重的元素在星光上盖下吸收线,而这些谱线的强弱揭示它们有多丰富。天文学家通常相对于太阳来表达,常用写作 [Fe/H] 的铁氢比。值为 0 表示与太阳相当;+0.3 表示约为太阳金属量的两倍;-1 表示十分之一;-2 表示百分之一。即便是“富金属”的恒星,也压倒性地是氢和氦——太阳按质量计也只有约 1.3% 的金属——所以这些不过是微量的“调味料”,却是举足轻重的调味料。

金属丰度之所以重要,是因为它既是一座钟,又是一份家谱。宇宙起初几乎没有任何金属;每一种较重的元素,都是在更早世代的恒星内部锻造、在它们死去时播撒出来的。所以贫金属的恒星很老,诞生自鲜有前辈恒星富集过的气体;而富金属的恒星很年轻,是由已被无数前辈的“灰烬”腌渍过的气体造出来的。金属丰度因此区分出年老的第二星族(Population II)与较年轻的第一星族(Population I)恒星,描绘星系的化学历史,甚至影响一颗恒星能否拥有岩石行星。

太阳邻域中一颗 [Fe/H] = -2 的恒星,铁含量只有太阳的百分之一。这样的恒星是一件远古遗物,诞生于数十亿年前——那时银河系才刚刚开始用重元素丰富自身。

低金属丰度是年龄的徽章:这团气体的恒星祖先寥寥无几。

天文学家用“金属”指代任何比氦更重的元素,这套行话起初会把每个人都绕晕——在这里氧和碳都是“金属”。另外,即便富金属的恒星,也有 98% 以上是氢和氦;金属只是痕量的“调味”,而非主体。

又称
metallicitymetal abundance金属丰度金属性