垂死的恒星和恒星风将生命带入地球

当垂死的恒星呼吸最后的生命时，它们会通过宏伟的行星状星云将骨灰轻轻洒入宇宙。这些通过恒星风传播的灰烬富含许多不同的化学元素，包括碳。

2020年7月6日发表在《自然天文学》上的一项研究结果表明，这些垂死的恒星的最后一口气，即白矮星，揭示了银河系中碳的起源。

副研究员杰弗里·卡明斯说：“这些发现对我们银河系恒星产生碳的方式和时间提出了新的严格限制，最终以46亿年前形成太阳及其行星系统的原材料为基础。”约翰霍普金斯大学物理与天文学系的科学家，也是该论文的作者。

NGC 7789，也被称为卡罗琳的玫瑰，是银河系中一个古老的开放恒星团，距离仙后座星座约8,000光年。在这项研究中，它容纳了一些质量异常高的白矮星。

天体物理学家仍在争论银河系中地球生命必不可少的元素碳的起源：有些支持低质量恒星，这些恒星通过恒星风将其富含碳的外层吹掉，变成了白矮星，而另一些则支持将碳合成的主要场所置于大质量恒星的风中，这些恒星最终会爆炸成超新星。

研究人员利用2018年8月至9月在夏威夷的冒纳凯阿火山山顶附近的凯克天文台收集的数据，分析了银河系开放恒星团中的白矮星。开放星团是由多达数千颗恒星通过相互引力吸引而组成的群。

根据这项分析，研究小组测量了白矮星的质量，并使用恒星演化理论计算了白矮星的出生质量。

出生质量与最终白矮星质量之间的联系称为初始-最终质量关系，这是天体物理学中的基本诊断，其中包含恒星的整个生命周期。以前的研究总是发现线性关系越来越大：恒星诞生时质量越大，白矮星死亡时留下的质量就越大。

但是当卡明斯和他的同事们计算出初始-最终质量关系时，他们震惊地发现，这组疏散星团中的白矮星的质量比天体物理学家以前认为的要大。他们意识到，这一发现打破了其他研究总是发现的线性趋势。换句话说，大约十亿年前在银河系中出生的恒星并没有像通常认为的那样产生约0.60-0.65太阳质量的白矮星，但是它们死亡后留下了约0.7-0.75太阳质量的更大量残余物。 。

研究人员说，这种趋势的纠结可以解释低质量恒星产生的碳如何进入银河系。在生命的最后阶段，恒星的质量是银河系太阳的两倍，在其炽热的室内产生新的碳原子，并将其运送到地表，最后通过柔和的恒星风将其扩散到周围的星际环境中。研究小组的恒星模型表明，富含碳的外地幔的剥离发生得足够缓慢，以使这些恒星的核心（即未来的白矮星）的质量大量增加。

研究小组计算得出，恒星死亡时必须散布至少1.5个太阳质量，才能散布富含碳的灰烬。

帕多瓦大学物理学与天文学教授，该研究的第一作者保罗·马里戈（Paola Marigo）认为，这一发现有助于科学家了解宇宙中银河系的性质。通过结合宇宙学和恒星演化的理论，研究人员期望像本研究中分析的白矮星的祖先一样，接近其死亡的明亮的富含碳的恒星目前正在为遥远星系发出的光做出贡献。这种带有新产生的碳特征的光通常是由大型望远镜从太空和地球上收集来探测宇宙结构的演化的。因此，对恒星中碳如何合成的新理解也意味着对来自遥远宇宙的光有一个更可靠的解释。

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参考：Paola Marigo，Jeffrey D. Cummings，Jason Lee Curtis，Jason Kalirai，Yang Chen，Pier-Emmanuel Tremblay，Enrico Ramirez-Ruiz，Pierre Bergeron，Sara撰写的“通过非单调的初始-最终质量关系所见的碳星形成”布拉德（Bladh），亚历山德罗·布雷桑（Alessandro Bressan），莱奥·吉拉迪（LéoGirardi），贾达·帕斯托雷利（Giada Pastorelli），米歇尔·特拉布基（Michele Trabucchi），郑四好，伯纳德·阿林格和皮耶罗·达·提奥（Piero Dal Tio），2020年7月6日，自然天文学。
10.1038 / s41550-020-1132-1

这项研究由欧洲研究理事会整合者资助计划（STARKEY，615604）和欧盟的Horizo​​n 2020研究与创新计划（677706-WD3D）资助。

这项研究的其他作者包括约翰·霍普金斯大学的Jason Kalirai和Sihao Cheng；美国自然历史博物馆的杰森·李·柯蒂斯（Jason Lee Curtis）；帕多瓦大学的Yang Chen和Bernhard Aringer；华威大学的Pier-Emmanuel Tremblay；加州大学圣克鲁斯分校的恩里科·拉米雷斯·鲁伊斯（Enrico Ramirez-Ruiz）；蒙特利尔大学的Pierre Bergeron；乌普萨拉大学的Sara Bladh；国际高级学院的亚历山德罗·布雷桑（Alessandro Bressan）；帕多瓦-INAF天文台的莱奥·吉拉迪（LéoGirardi）；太空望远镜科学研究所的Giada Pastorelli；日内瓦大学的Michele Trabucchi和Piero Dal Tio。