北京天文馆研究人员利用考虑氧元素的恒星模型测得一批主序拐点星年龄

恒星由哪些元素组成，各个元素所占的比例，是决定恒星如何度过一生的重要因素之一。银河系中大部分贫金属恒星具有α元素增丰的元素混合模式，即，相比太阳中α元素的比例，这些恒星中α元素所占的比例偏高。（α元素：氧、氖、镁、硅、硫、氩、钙、钛。）

恒星的年龄是不可直接观测的量，需要通过理论的恒星结构与演化模型进行模拟，通过与观测数据的对比，找出模拟最佳的模型，再利用模型了解恒星的内部信息和演化进程。影响模型测定恒星年龄的因素有很多，其中，恒星的化学元素组成能够改变恒星内部结构，对年龄测定具有很大的影响。因此，在计算一些特殊恒星，如贫金属的α增丰恒星，往往需要在模型中考虑与太阳不同的元素丰度比例，这就产生了α增丰模型。传统α增丰模型，将所有α元素进行相同程度的增丰。然而，随着大量高精度观测数据的释出，可以发现银河系中大量贫金属星的氧元素增丰程度相比其他α元素更高；一些富金属星的氧丰度低于太阳的氧丰度，即氧减丰的特征。理论模型也已预言，氧元素与其他α元素对恒星演化的影响机制不完全相同。那么，在实际应用中，氧元素与其他α元素不同这一现象，对测定恒星年龄是否有影响、影响多大是值得我们讨论的问题。

北京天文馆葛志帅副研究员，与北京师范大学恒星物理团组合作，在传统α增丰模型中考虑氧元素及碳元素变化对模型的影响，提出了“碳氧极端模型”。该模型已应用在几百颗银河系厚盘、银晕中的恒星，并给出了较为精确的恒星年龄。2022年，研究团组利用该模型对GALAH巡天中2000余颗主序拐点恒星进行了年龄测定；并对这批样本进行了化学元素和动力学分析。结合化学元素、动力学以及年龄三个维度的分析，展示出这批样本具有两种演化方式不同的恒星序列。在恒星模型中考虑不同的氧元素丰度之后，新模型与传统α增丰模型的年龄差异约为20%。这提示我们，在处理元素丰度组成特殊的恒星时，需要在模型中考虑与观测一致的、符合这类恒星自身特征的元素组成比例。该研究成果已经发表在著名SCI期刊《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）上，葛志帅副研究员为本文通讯作者，论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac55a1 。

恒星的年龄是研究银河系演化的基石。从一颗恒星的年龄开始，到一类恒星的年龄，再到数以百万计的恒星年龄。这些恒星的年龄，以及观测的恒星化学元素信息、动力学信息，构成了银河系考古学的基础，将逐步揭示银河系的历史与未来。

图：恒星年龄与恒星金属丰度的关系