太阳、地球的几乎所有物质都来自于上一代恒星死亡时散发出的气体残骸。当恒星走到生命尽头的时候,会发生猛烈的爆炸。恒星的部分物质会被抛洒到宇宙当中,随后通过恒星风传播到更远的地方去。这些物质将形成下一代的恒星系统,同时也包含有许多对生命产生至关重要的化学元素,比如碳。

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在星云 NGC 6565中,恒星风吹过后,气体云从恒星中喷出。

由于恒星的质量不同,其最终结局也会不同,比如最终可能形成白矮星、中子星或者黑洞。最新的研究结果表明,当恒星形成白矮星时,对于碳原子的传播帮助最大。

研究结果严格限制了我们银河系的恒星如何以及何时产生碳,这些碳,当然还有最主要的氢,组成了46亿年前形成了我们的太阳系。

太阳系形成

在此之前,天体物理学家一直在争论银河系中碳元素的起源,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,最终变成了白矮星,而另一些则认为碳合成的主要场所位于大质量恒星的恒星风中,这些恒星爆炸成为超新星并留下中子星残骸。

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白矮星

中子星

研究人员利用夏威夷凯克天文台收集的数据,分析了银河系疏散星团(open star cluster)中的白矮星。

疏散星团,是由同一个巨大的分子云中的数百颗至数千颗恒星组成的星团,它们有大致相同的年龄。银河系中发现的疏散星团已经超过1100个。

NGC7789,也被称为卡罗琳的玫瑰,是银河系中一个古老的疏散星团,距离仙后座约8000光年。研究中一些质量异常高的白矮星来自于这个星团

研究人员测量了白矮星的质量,并通过恒星演化理论计算出它们的出生质量。

恒星出生质量与白矮星质量之间的关系称为初始-最终质量关系。以往的研究发现它们呈线性关系,恒星出生时的质量越大,死亡形成的白矮星质量就越大。

研究人员计算疏散星团中白矮星的初始-最终质量关系时,他们发现白矮星的质量比以前认为的要大。大约十亿年前出生的恒星死亡后留下了约0.7-0.75太阳质量的白矮星,而过去的理论认为将产生约0.60-0.65太阳质量的白矮星。

幸运的是,这种反常关系有助于解释低质量恒星产生的碳如何进入星际空间。当一颗恒星的质量是太阳的两倍时,在生命的最后阶段,恒星内部聚变将产生碳原子,之后碳将被运送到恒星表面,最后通过恒星风扩散到周围的星际空间中。

新的计算模型表明,恒星富含碳的外层的剥离发生得足够缓慢,这将使恒星的核心质量大大增加,最终形成的白矮星也更大。

为了尽可能地散布碳原子,恒星质量至少要达到1.5个太阳质量。

这一发现有助于科学家更深入地了解银河系的性质。通过大型望远镜,科学家可以发现那些富含碳的恒星,这有助于更可靠的解释这些恒星的演变。

另一方面,在符合条件的白矮星附近,也许能够找到富含碳的下一代恒星,也许对发现宜居星球或者地外生命有所帮助。

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WASP-12b,一颗富碳行星