Các sao quần thể I

Sao quần thể I Rigel với tinh vân phản xạ IC 2118

Quần thể I, hay các sao giàu kim loại là các sao trẻ với độ kim loại cao nhất trong tổng cộng ba quần thể và thường được phát hiện hơn trong nhánh xoắn ốc của thiên hà dải Ngân Hà. Mặt Trời là một ví dụ về một sao giàu kim loại và được coi là một sao quần thể I trung gian, trong khi sao tương tự mặt trời Mu Arae có hàm lượng kim loại giàu hơn nhiều.[17]

Các sao quần thể I thường có quỹ đạo elip đều xung quanh Trung tâm Ngân Hà, với vận tốc tương đối thấp. Trước đây các nghiên cứu giả thuyết rằng độ kim loại cao của các sao quần thể I khiến cho chúng có nhiều khả năng sở hữu hệ hành tinh hơn hai quần thể kia, bởi vì các hành tinh, đặc biệt là hành tinh đất đá, được cho là đã hình thành bằng sự bồi tụ kim loại.[18] Tuy nhiên các dữ liệu quan sát của Kính viễn vọng Không gian Kepler đã tìm ra các hành tinh nhỏ hơn xung quanh các sao trong một dải độ kim loại, trong khi chỉ có các hành tinh khả năng là hành tinh khí khổng lồ lớn hơn tập trung quanh các sao với độ kim loại khá cao hơn—một phát hiện làm cơ sở cho các lý thuyết về sự hình thành hành tinh khí khổng lồ.[19] Giữa các nhóm sao quần thể I trung gian và các sao quần thể II là quần thể trung gian vùng đĩa.

Các sao quần thể II

Sơ đồ cấu tạo của Ngân Hà. Các sao quần thể II xuất hiện nhiều hơn trong chỗ phình trung tâm và bên trong các cụm sao cầu

Quần thể II, hay các sao nghèo kim loại bao gồm các sao với thành phần các nguyên tố nặng hơn heli khá ít. Những đối tượng này được hình thành ở một thời gian sớm hơn trong vũ trụ. Các sao quần thể II trung gian thường được thấy hơn ở chỗ phình gần trung tâm của dải Ngân Hà, trong khi các sao quần thể II được phát hiện trong vùng quầng thiên hà là già hơn và do đó nghèo hơn về kim loại. Các cụm sao cầu cũng chứa một số lớn các sao quần thể II.[20]

Một đặc tính của các sao quần thể II là mặc dù độ kim loại của chúng nói chung là thấp hơn, chúng thường có tỉ số các "nguyên tố alpha" (các nguyên tố được tạo ra bởi các quá trình alpha, chẳng hạn O and Ne) so với Fe lớn hơn so với các sao quần thể I; lý thuyết hiện tại gợi ý rằng đây là kết quả của các siêu tân tinh loại II đã đóng góp đáng kể hơn vào môi trường liên sao tại thời điểm hình thành của chúng, trong khi sự làm giàu kim loại đến từ các siêu tân tinh loại Ia xảy ra tại một giai đoạn sau của sự phát triển của vũ trụ.[21]

Các sao quần thể III

Nền sáng có khả năng là của các sao quần thể III, ảnh chụp bởi Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASAHình ảnh mô phỏng đồ họa về các sao đầu tiên, khoảng 400 triệu năm sau Big Bang

Các sao quần thể III[22] là một quần thể giả thuyết gồm các sao khối lượng cực kỳ lớn, cực kỳ sáng và nóng với độ kim loại gần bằng 0, ngoại trừ khả năng vật chất phun trộn lẫn nhau từ các siêu tân tinh quần thể III khác gần đó. Các sao này có khả năng là đã xuất hiện trong vũ trụ từ rất sớm (tức là với độ dịch chuyển đỏ lớn) và có thể đã bắt đầu sự sản sinh ra các nguyên tố hóa học nặng hơn hydro, cần thiết cho sự hình thành sau này của các hành tinh và sự sống mà chúng ta biết.[23][24]

Sự tồn tại của các sao quần thể III được suy ra từ lý thuyết vũ trụ học vật lý, nhưng chúng vẫn chưa được quan sát trực tiếp. Bằng chứng gián tiếp cho sự tồn tại của chúng đã được phát hiện trong một thiên hà bị thấu kính hấp dẫn trong một vùng quá khứ rất xa của vũ trụ.[25] Sự tồn tại của chúng có thể giải thích cho các nguyên tố nặng – không thể đã được tạo ra ở thời điểm Big Bang – được quan sát trong phổ phát xạ của quasar.[9] Chúng cũng đã được cho là thành phần của các thiên hà xanh mờ nhạt. Các sao này có thể đã kích thích giai đoạn tái ion hóa của vũ trụ, một giai đoạn chuyển pha quan trọng của khí hydro cấu tạo nên phần lớn môi trường liên sao. Các quan sát của thiên hà UDFy-38135539 gợi ý rằng nó có thể đã đóng một vai trò trong quá trình tái ion hóa này. ESO đã phát hiện ra một khối sáng gồm các sao quần thể sớm trong thiên hà rất sáng Cosmos Redshift 7 từ giai đoạn tái ion hóa khoảng gần 800 triệu năm sau Big Bang, tại mức dịch chuyển đỏ z = 6.60. Phần còn lại của thiên hà này có một số sao quần thể II đỏ và muộn hơn.[23][26] Một số giả thuyết nêu quan điểm rằng đã có hai thế hệ sao quần thể III.[27]

Phát hiện ra các sao quần thể III là một mục tiêu của Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA.[28] Các khảo sát quang phổ mới đây, chẳng hạn SEGUE hay SDSS-II, cũng có thể định vị các sao quần thể III.[cần dẫn nguồn]