有一个老笑话是说,在天文学家眼中,元素周期表只有三种元素:氢、氦和金属!如果你知道宇宙中的“金属”含量有多小,你就明白为什么天文学家要专注在氢和氦上了!如上图,元素外的正方形的面积表示不同元素的相对丰度,正方形越大代表该元素在宇宙中的丰度越多。显而易见,在元素周期表中大多数的元素的正方形小到都没有显示出来。而仅有的几个常见元素跟氢和氦的正方形相比简直就是小侏儒。
的确,天文学家通常都把比氦重的元素都叫做金属。这也是为什么天文学家通常使用术语“金属丰度”(metallicity)来描述恒星的金属含量。由于一颗恒星的“金属”包括除了氢和氦之外所有其它元素,因此恒星金属丰度(用字母Z表示)最简单的定义方法为:Z=m/M (m代表除了氢和氦以外所有元素的总质量;M代表系统的总质量)。对于太阳来说,这个数字为Z=0.02,也就是说恒星2%的质量是“金属”。
另一个表示恒星金属丰度的方法是它的铁氦比,表达为[Fe/He]。它通常表示为恒星铁氦比与太阳铁氦比的对数差,因为太阳的[Fe/He] = 0。比太阳的金属丰度还低的恒星,[Fe/He]为负值,而比太阳金属丰度较高的则为正值。
根据恒星的金属丰度,它们可以被分为不同的种类。例如,第一星族星的[Fe/He]至少为-1,代表它们的金属丰度至少为太阳的10%或更多。第二星族星的[Fe/He]小于-1。还有第三星族星,它们是宇宙诞生的第一批恒星,不包含任何的“金属”。但是我们目前还没观测到这类恒星。
第一星族星通常更加炽热以及年轻,它们主要出现在螺旋星系的的螺旋臂上。而第二星族星通常出现在接近星系中心的核球以及球状星团中。它们比第一星族星更老,温度更低以及更暗。因此第二星族星会诞生在金属含量还比较少的时候,或者它们会在尘埃比较少的区域产生。(金属丰度也经常被用来指示天体的年龄。)
恒星的金属丰度对其自身会有一定的影响。举个例子,金属丰度较高的恒星看起来比预期更加的偏红色。这是因为金属灰吸收蓝波比红波更有效率。此外,金属的不透明度比氢和氦更高,所以它们会吸收来自恒星内部的热,这就会造成恒星的大气层稍微的扩张,导致温度降低以及会变得更红。当然,第一星族星比第二星族星更有可能拥有行星,但那是另一个故事了。