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    垂死恒星释放出的碳,为地球生命的诞生,做出了决定性的贡献

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      🌾袁隆平

      一些垂死恒星通过壮丽的行星星云将气体外壳和尘埃抛向宇宙,这些灰烬通过恒星风传播,富含许多不同的化学元素,包括碳。在发表在《自然天文》期刊上的一项研究表明,这些恒星揭示了碳在银河系和其它星系的起源。约翰·霍普金斯大学物理与天文学系副研究科学家杰弗里·卡明斯说:这些发现对恒星如何以及何时产生碳提出了新的严格限制。

      垂死恒星释放出的碳,为地球生命的诞生,做出了决定性的贡献

      同时这些气体尘埃也进入了50亿年前形成太阳及其地球等行星系统的原材料中。作为碳基生命,碳是地球生命必不可少的元素,银河系中的起源仍然存在天体物理学家争论:一些支持低质量恒星被恒星风吹走富碳的包层变成白矮星,另一些则认为碳合成的主要地点是大质量恒星风,这些恒星最终爆炸为超新星。利用凯克天文台观测收集的数据,天文学家分析了属于银河系疏散星团的白矮星。

      垂死恒星释放出的碳,为地球生命的诞生,做出了决定性的贡献

      疏散星团是由多达几千颗恒星通过相互引力聚集在一起的星团。根据这一分析,研究小组测量了白矮星的质量,并利用恒星演化理论,计算了它们诞生时的质量。诞生时的质量与最终白矮星质量之间的联系,被称为初始-最终质量关系,这是天体物理学中的一个基本结论,它包含了恒星的整个生命周期。以前研究总是发现一种不断增长的线性关系:恒星诞生时质量越大,白矮星死亡时留下的质量就越大。

      碳元素的起源

      但当研究人员计算初始-最终质量关系时发现,来自这组疏散星系团的白矮星质量比天体物理学家之前认为的要大,这一发现打破了其他研究总是发现的线性趋势。换句话说,大约10亿年前在银河系诞生的恒星,并没有像人们通常认为的那样产生大约0.60-0.65太阳质量的白矮星,但它们在死亡时留下了更多质量约为0.7-0.75太阳质量的残骸。这一趋势中的这种怪异现象,解释了低质量恒星中的碳是如何进入银河系的。

      垂死恒星释放出的碳,为地球生命的诞生,做出了决定性的贡献

      在恒星生命的最后阶段,质量是太阳两倍的恒星在内部产生了新的碳原子,并将这些碳原子输送到表面,最后恒星风将碳扩散到周围的星际环境中。研究的恒星模型表明,富含碳的外层剥离速度足够慢,足以让这些恒星的中心核心,即未来的白矮星,在质量上有相当大的增长。研究计算出,恒星必须至少有1.5倍太阳质量,才能在死亡时将其富含碳的气体壳扩散开来。据帕多瓦大学物理和天文学教授、研究的第一作者Paola Marigo说:

      垂死恒星释放出的碳,为地球生命的诞生,做出了决定性的贡献

      这些发现有助于科学家了解宇宙中星系的属性,通过结合宇宙学和恒星演化理论,研究预计,接近演化末期的明亮富碳恒星,就像这项研究中分析的白矮星祖先一样,目前正在为非常遥远星系发出的光做出贡献。这种光带有新产生的碳特征,通常由来自太空和地球的大型望远镜收集,以探测宇宙结构的演变。因此,这种对恒星中碳是如何合成的新理解,也意味着对来自遥远宇宙的光有了更可靠的解释。

      垂死恒星释放出的碳,为地球生命的诞生,做出了决定性的贡献

      博科园|研究/来自:约翰·霍普金斯大学

      参考期刊《自然天文》

      DOI: 10.1038/s41550-020-1132-1

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