銀河系中心附近一個球狀星團已有134億年歷史

一團暗淡的星群隱藏在銀河系中心附近厚厚的塵埃後方，它們在宇宙僅有數億歲時就已形成。一支主要位於智利的天文學家團隊，首次利用能實際充當時鐘的恆星，測量了這個球狀星團的年齡，結果將它列為我們銀河系中最古老的天體之一。

這項發現的意義遠不止於一個星團。沒有任何事物能比宇宙更古老，因此我們能定年的最古老恆星，為宇宙年齡設下了下限；而這個星團如今正緊逼著那道下限。

這個編號為VVV CL001的星團，根據最新估計年齡為134億年，誤差正負4億年。宇宙年齡約138億年，意味著該星團的恆星在大爆炸後約4億年時誕生。先前的研究曾將VVV CL001定在約120億年，但沒有任何一項能深入星團內部直接讀取其年齡。

這項研究由義大利INAF卡波迪蒙特天文台（位於拿坡里）與智利天主教大學的胡利奧·奧利瓦雷斯·卡瓦哈爾（Julio Olivares Carvajal）領導，論文已獲《天文與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊接受。

如何為幾乎看不見的星團定年

VVV CL001位於人馬座，在銀河系中心周圍擁擠的核球之中。在我們與星團之間，存在大量星際塵埃，使其可見光被削弱約5,000倍。天文學家僅在歐洲南方天文台（ESO）VISTA望遠鏡的紅外影像中發現它，一個迷失在數百萬顆前景恆星中的微小暗淡群體。

第一個問題是判斷哪些恆星屬於該星團。研究團隊比較了在智利拉斯坎帕納斯天文台6.5米麥哲倫巴德望遠鏡上的FourStar相機所拍攝的紅外影像，加上較新的哈伯太空望遠鏡影像，時間跨度近13年。星團內的恆星一起在天空中漂移，而場星則朝其他方向移動。透過統計分析這些運動，他們辨識出155顆成員星，遠多於先前任何研究。

第二個問題是距離。研究團隊在星團的水平分支上找到了兩顆恆星，這是老年恆星以可預測亮度燃燒氦的階段，並利用它們與智利4米布蘭科望遠鏡上暗能量相機的數據進行計算。結果約為24,000光年，不確定度約1,500光年，這是迄今為止對該星團最精確的距離測量。

至此，時鐘才能被讀取。球狀星團中的每顆恆星大約同時誕生，質量較大的恆星會先耗盡核心的氫。恆星即將離開主序帶的點，稱為轉折點，會隨著星團老化而移向更暗、更紅的恆星。哈伯深紅外影像首次抵達了那個轉折點。兩組獨立的恆星模型分別給出134.7億年和133.9億年，研究團隊將其合併為134億年。

134億年有多老？

太陽約46億歲，因此VVV CL001幾乎是它的三倍老。它的恆星在第一批星系仍在組裝時就已經發光。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已開始在遙遠的、被放大的星系內部挑選出緻密的新生星團，其中一些看起來就像宇宙最初十億年時的模樣。研究團隊認為，VVV CL001就是那第一代星團的倖存者之一，至今仍在軌道上運行。

銀河系已知約有170個球狀星團，其中最古老的位於核球。NGC 6558被定年為132億年，NGC 6256為130億年，HP1為129億年。今年另一個團隊估計核球星團Ton 2的年齡為136億年。單就年齡而言，VVV CL001與它們屬於同一緊密群體，並未明顯領先。

讓它與眾不同的是它的化學成分。相對於氫，VVV CL001的恆星所含的鐵比例約為太陽的0.6%，這使它成為核球中已知金屬含量最低的球狀星團。重元素隨著每一代恆星而累積，因此一個如此缺乏重元素的星團，極有可能是由近乎原始的氣體形成的。這就是為什麼作者稱它為銀河系中最古老星團的有力候選，而不僅僅是其中之一。

銀河系核心的原住民，對宇宙年齡有發言權

軌道說明了其餘的故事。新的距離將VVV CL001置於一條拉長的軌道上，它從未偏離銀河中心超過約7,300光年，最近處則約2,100光年。這條路徑標示它是銀河系核心的原住民，誕生於原銀河本身，而非後來從經過的矮星系中偷來的星團。在如此靠近中心的地方存活這麼久，那裡的引力會撕裂大多數星團，根據作者的估計，暗示它最初擁有約太陽質量一百萬倍的質量。

宇宙層面的賭注來自一場長期的爭論。對宇宙膨脹速率的測量結果不一致，而較快的數值若屬實，則意味著宇宙較年輕。非常古老的恆星限制了它可能有多年輕。在結論中，作者寫道，如果VVV CL001被證實為這個年齡的原生星團，那麼銀河系、甚至宇宙的年齡都將需要重新考慮。

它未能解決的問題

所公布的4億年不確定度只是誤差的一部分。研究團隊還加入了來自距離的約10億年系統不確定度，這仍然是當中最薄弱的一環。若採用先前研究中略小的距離，同樣的方法會得出137億年，幾乎就是宇宙的年齡。作者指出，這是一把雙面刃：星團可以更遠且更年輕，但不能太近，否則它的恆星會比宇宙還老。

就連哈伯望遠鏡也沒有捕捉到完整的轉折點，年齡測量中最敏感的部分。只有兩顆水平分支恆星得到確認，沒有一顆常用作距離標尺的脈動天琴座RR型變星屬於該星團，而且它前方的塵埃分布不均。每個年齡也依賴於恆星模型，這些模型在此處一致，但共享許多假設。

此外還有與先前研究的差距。先前接近120億年的估計來自較淺的影像，從未到達轉折點，因此研究團隊認為自己的數值更可靠，但尚無獨立團隊重複這項測量。該星團的原生起源目前依賴於其軌道；詳細的化學成分仍可能指向一次早期合併。

關於銀河系最古老星團的常見問題

什麼是球狀星團？

球狀星團是由數萬到數百萬顆恆星組成的緻密球體，靠自身引力維繫。它的恆星由同一團氣體雲一起形成，因此共享相同的年齡和化學組成。

銀河系中最古老的星團是哪一個？

目前尚無定論。銀河核球中的幾個星團被定年在約130億到136億年之間，誤差範圍重疊。VVV CL001以134億年的年齡，以及核球所有星團中最低的鐵含量，現在是最有力的候選之一。

天文學家如何知道星團的年齡？

他們找到轉折點，即星團中恆星即將耗盡核心氫的點。質量較大的恆星先熄滅，因此隨著星團老化，轉折點會移向更暗、更紅的恆星。將它的位置與恆星模型比較，即可得出年齡，前提是距離和塵埃造成的消光已知。

恆星能比宇宙更老嗎？

不能。當年齡估計值逼近宇宙的138億年時，誤差範圍或距離就是解釋。對VVV CL001而言，這個極限起到了檢查作用：它排除了星團比新測量結果更近的可能性。

光譜將決定VVV CL001的誕生地

VVV CL001於2011年由VISTA的VVV巡天在銀河系內部發現。該論文於2026年9月提交，10月20日被接受，並於同日張貼在arXiv伺服器上。研究團隊表示，即將獲得對該星團新的、更深的光學觀測，以找到更多它的水平分支恆星，並且正在準備高解析度光譜，逐一測量多種化學元素。這些豐度應該能顯示VVV CL001是如軌道所暗示誕生於銀河系核心，還是在銀河系最初十億年內經由一次合併到來。

參考文獻：Olivares Carvajal et al., “VVV CL001: A strong candidate for the most ancient star cluster in the Galaxy,” Astronomy & Astrophysics (accepted), 2026. arXiv: 2610.27969

標籤: 天文學, Hubble, 銀河系, VISTA, VVV CL001, 宇宙年齡