北大天文系研究團隊發現星團單星族成分重要證據，或終結長達十年争論

恒星是在星團中形成的，一直以來，星團中的恒星被認為由“單星族”組成：即所有恒星來源于同一片氣體雲塌縮，它們幾乎同時形成并包含相同的元素成分，因此，星團中的所有恒星都幾乎擁有相同的年齡。然而，對于年齡在10億到30億年左右的中年星團，科學家們發現它們的恒星或存在相當顯著（約3億年）的年齡差别，這使得星團的單星族起源陷入了争論當中。

beat365博士研究生李程遠，天文系教授Richard de Grijs和兼職教授鄧李才在《自然》雜志上撰文表明：人們對中年星團的星族成分理解或陷入了誤區，有力證據顯示，中年星團的恒星年齡并不存在顯著差别。《自然》雜志的審稿人對這一結果評述說：“這一工作或将終結該領域長達十年的争論。”

核心穩定燃燒氫元素的恒星，其顔色和亮度存在着單調的規律：越大質量的恒星，其亮度越高，顔色也越藍；反之小質量的恒星則既紅且暗，這些恒星穩定的分布在一條貫穿“亮度顔色”二維圖的恒星帶上，被稱為主序帶。若星團中的恒星是同時形成的，由于大質量恒星總是率先燃燒完核心的氫元素，它們總會先離開主序帶，留下一個清晰的“轉折”區域（在轉折區域更亮的位置沒有任何主序星存在，因為它們已經演化完了），一直以來，轉折區域是用來判斷星團恒星的年齡成分的重要觀測對象。

然而，對中年星團的觀測表明，大多數這樣的星團存在很明顯的轉折區域展寬，暗示着星團中的恒星并非同時形成，而是持續形成了将近三億年，這一現象使得星團天文學家争執不休，一部分天文學家認為，這或許表明單星族模型并不正确，而另一部分天文學家則表示懷疑，因為數值模拟和對年輕星團的觀測都表明，星團中并沒有足夠的氣體來維持長達三億年的恒星形成。

通過分析哈勃太空望遠鏡的數據，beat365博士研究生李程遠注意到，對于中年星團NGC1651，盡管其存在着顯著的寬轉折區域，其對應的亞巨星分支卻十分狹窄。“亞巨星分支是恒星轉折區域的下一個階段，它和恒星的轉折區域緊緊的連接在一起，若恒星的确包含不同年齡的成分，那麼它們應該同時呈現出展寬的轉折區域和亞巨星分支”，李程遠解釋說，“就好像曼妙的長腿長在了虎背熊腰的軀幹上，顯得十分不協調。”

下圖展示了NGC1651恒星的赫羅圖，即亮度（縱軸，越往上越亮）顔色（等效于溫度，橫軸，越往左越藍）圖，模型計算表明，恒星的主序轉折區域預示着存在恒星至少4.5億年的年齡差别，然而緊随其後的亞巨星分支卻十分的狹長，它們完全分布在對應年輕星族的理論曲線附近，并不需要任何年齡差别來解釋。

“利用亞巨星分支來計算恒星的年齡成分非常聰明，因為它是主序轉折區域的重要延展，并且它們不受到恒星旋轉的影響，而旋轉則對主序轉折區域影響巨大”，李程遠的博士研究生導師，Richard de Grijs教授評論說。

而更重要的是，研究團隊指出，這一奇特性質并不局限于星團NGC1651，對于另外至少5個中年星團，都呈現出了相似的性質。“一定存在某種機制，使得恒星演化到主序轉折區域時出現了顔色和亮度上的彌散，然而，這一機制在恒星演化到亞巨星分支後便失效了”，李程遠的副導師，天文系兼職教授鄧李才說。

“這一發現令人鼓舞，它将終結該領域接近十年的争論”，《自然》雜志的審稿人評述說，“第一次發現如此強烈的證據，能确鑿無疑地排除星團恒星的年齡彌散懸疑，它使得我們對星團的星族演化有了更深的認識”，這一工作于12月17日在英國《自然》雜志上以快報形式在線發表（Nature 516, 367–369）。

星團是連接星系和恒星的橋梁，它既是組成星系的基本單位，也是恒星形成的基本形式，幾乎所有的恒星都在星團中形成，理解星團的星族對星系和恒星的演化理論有着重大的影響。“盡管對星團的觀測已經持續了近三百年，但直到今天，它們依然深不可測”，李程遠表示，“是時候重新審視我們過去對它們的認識了。”