一些垂死恒星通過壯麗的行星星云將氣體外殼和塵埃拋向宇宙，這些灰燼通過恒星風傳播，富含許多不同的化學(xué)元素，包括碳。在發(fā)表在《自然天文》期刊上的一項研究表明，這些恒星揭示了碳在銀河系和其它星系的起源。

約翰·霍普金斯大學(xué)物理與天文學(xué)系副研究科學(xué)家杰弗里·卡明斯說：這些發(fā)現(xiàn)對恒星如何以及何時產(chǎn)生碳提出了新的嚴格限制。

同時這些氣體塵埃也進入了50億年前形成太陽及其地球等行星系統(tǒng)的原材料中。作為碳基生命，碳是地球生命必不可少的元素，銀河系中的起源仍然存在天體物理學(xué)家爭論：一些支持低質(zhì)量恒星被恒星風吹走富碳的包層變成白矮星，另一些則認為碳合成的主要地點是大質(zhì)量恒星風，這些恒星最終爆炸為超新星。利用凱克天文臺觀測收集的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家分析了屬于銀河系疏散星團的白矮星。

疏散星團是由多達幾千顆恒星通過相互引力聚集在一起的星團。根據(jù)這一分析，研究小組測量了白矮星的質(zhì)量，并利用恒星演化理論，計算了它們誕生時的質(zhì)量。誕生時的質(zhì)量與最終白矮星質(zhì)量之間的聯(lián)系，被稱為初始-最終質(zhì)量關(guān)系，這是天體物理學(xué)中的一個基本結(jié)論，它包含了恒星的整個生命周期。以前研究總是發(fā)現(xiàn)一種不斷增長的線性關(guān)系：恒星誕生時質(zhì)量越大，白矮星死亡時留下的質(zhì)量就越大。

碳元素的起源

但當研究人員計算初始-最終質(zhì)量關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，來自這組疏散星系團的白矮星質(zhì)量比天體物理學(xué)家之前認為的要大，這一發(fā)現(xiàn)打破了其他研究總是發(fā)現(xiàn)的線性趨勢。換句話說，大約10億年前在銀河系誕生的恒星，并沒有像人們通常認為的那樣產(chǎn)生大約0.60-0.65太陽質(zhì)量的白矮星，但它們在死亡時留下了更多質(zhì)量約為0.7-0.75太陽質(zhì)量的殘骸。這一趨勢中的這種怪異現(xiàn)象，解釋了低質(zhì)量恒星中的碳是如何進入銀河系的。

在恒星生命的最后階段，質(zhì)量是太陽兩倍的恒星在內(nèi)部產(chǎn)生了新的碳原子，并將這些碳原子輸送到表面，最后恒星風將碳擴散到周圍的星際環(huán)境中。研究的恒星模型表明，富含碳的外層剝離速度足夠慢，足以讓這些恒星的中心核心，即未來的白矮星，在質(zhì)量上有相當大的增長。研究計算出，恒星必須至少有1.5倍太陽質(zhì)量，才能在死亡時將其富含碳的氣體殼擴散開來。據(jù)帕多瓦大學(xué)物理和天文學(xué)教授、研究的第一作者Paola Marigo說：

這些發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家了解宇宙中星系的屬性，通過結(jié)合宇宙學(xué)和恒星演化理論，研究預(yù)計，接近演化末期的明亮富碳恒星，就像這項研究中分析的白矮星祖先一樣，目前正在為非常遙遠星系發(fā)出的光做出貢獻。這種光帶有新產(chǎn)生的碳特征，通常由來自太空和地球的大型望遠鏡收集，以探測宇宙結(jié)構(gòu)的演變。因此，這種對恒星中碳是如何合成的新理解，也意味著對來自遙遠宇宙的光有了更可靠的解釋。

博科園｜研究/來自：約翰·霍普金斯大學(xué)

參考期刊《自然天文》

DOI: 10.1038/s41550-020-1132-1

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