恆星的長壽秘訣

原文標題：Low Sodium Diet Key to Old Age for Stars原文作者：Simon Campbell，John Lattanzio，Richard Hook；副標題：New VLT observations create major headache for stellar theories來自：ESO官網； 發表時間：2013.5.29;翻譯：gohomeman1 審校：Linq （編譯版權所有，未經許可請勿轉載）天文學家一直認定，像太陽這樣的 恆星 當它們演化到晚年時，會把大量外層氣殼拋到太空中去。然而，基於歐洲南方天文台（ESO）的 甚大望遠鏡（VLT）對巨星 球狀星 團的 新觀測顯示，研究的 大部分恆星 都沒經歷該階段——與預期的 完全相反。國際天文學家團隊，恆星 中鈉含量是關於它們晚年生涯的 強烈示蹤信號。

ESO拉西亞天文台的 2.2米望遠鏡上的 廣域成像儀拍攝的 NGC 6752。巨圖下載：180MB，版權：ESO，下同。多年以來，恆星 演化和終結的 過程已經廣為人知。詳盡的 計算機模型分析指出，類太陽恆星 （質量與太陽相似的 恆星 ）在其晚年會經過漸進巨星 分支（AGB，注1）階段——此時恆星 經歷最後的 核心聚變階段，並以氣體、塵埃方式把大量質量拋向宇宙。這些拋出的 物質（注2）將成為下一代恆星 的 組成部分，這個質量損失和再彙集的 過程，對於解釋宇宙的 化學成份演變是極其重要的 。該過程還提供了形成行星 所需要的 物質——甚至還包括有機生命的 原材料。但是，澳大利亞恆星 理論專家、墨爾本莫納什大學天體物理中心的 西蒙·坎貝爾（Simon Campbell）在翻閱故紙堆時發現了誘人猜測：部分恆星 並不會遵循標準的 恆星 演化程序，它們會跳過AGB階段直接變成白矮星 。於是，他開始講故事了——

NGC 6752在星 空的 定位，天球坐標 赤經19h10m52.07s，赤緯-59°59"4.15"；距離我們約1.4萬光年。版權：ESO，IAU，夜空和望遠鏡雜誌。「作為一名恆星 演化模型的 科學家，這個猜測實在過於瘋狂！根據模型，所有的 類太陽恆星 都會經過漸進巨星 分支階段。然而，當我複核以往的 研究，發現調研可能並不準確。雖然觀測經驗欠缺，我還是決定重新調查。」坎貝爾團隊藉助ESO的 甚大望遠鏡（VLT），仔細研究了位於南天孔雀座的 球狀星 團NGC 6752中的 星 光。這個巨大的 古老恆星 集團包含了第一代恆星 和稍後形成的 第二代恆星 （注3）。這兩代恆星 可以用它們的 含鈉（Na）量來區別——這正是高解析度的 VLT擅長的 。坎貝爾補充說：「VLT上的 多目標高解析度攝譜儀（FLAMES），是唯一能讓我們同時獲得130顆恆星 的 高精度光譜的 儀器。它也能讓我們一次性觀測到球狀星 團的 一個大區域。」

PDF插圖，不同的 恆星 樣本的 鈉（Na）與鐵（Fe）含量的 對比圖。觀測結果令人驚訝——研究對象中，所有的 AGB星 都是第一代恆星 ，Na含量很低；而擁有高Na含量的 第二代恆星 ，沒有一顆處於AGB階段。總體上，大約70%的 恆星 沒有經歷最後的 核聚變和質量損失階段（注4、注5）。坎貝爾總結說：「看來一顆老年恆星 要抵達AGB階段，就要保持低鈉『飲食』狀態。從幾個方面來說，本次觀測非常重要。這些恆星 都是球狀星 團中最亮的 成員，所以略少於70%的 明亮恆星 不符理論預期。這說明原先的 計算機模型明顯不完善，必須修正！」西蒙·坎貝爾團隊的 研究報告已經刊登在2013.5.29的 《自然》在線版上，標題：「那些球狀星 團中恆星 演化的 預示信號——鈉含量」 。團隊正計划進一步的 觀測，並預期在其他星 團中也將獲得類似的 成果。附註1、漸進巨星 分支的 奇怪名稱來自它們在赫羅圖（色彩—亮度圖）上的 位置：它與紅巨星 分支幾乎平行。

PDF插圖：NGC 6752赫羅圖的 一部分，紅三角代表研究樣本中的 24顆紅巨星 （RGB），藍方塊是20顆AGB星 。2、在一個很短的 階段中，這些拋出的 物質會被恆星 殘骸的 強烈紫外輻射照亮，形成行星 狀星 雲。3、雖然球狀星 團中成員幾乎形成於同一時段，但現在更完善的 說法是這些系 統並不像以前想像的 那樣：它們事實上包含了兩批甚至更多批的 成員，不同批次的 成員在輕元素的 含量上是有區別的 ，比如碳、氮以及本篇中研究的 鈉。4、有人認為，那些直接跳過AGB階段的 恆星 將直接演化為氦核白矮星 （應該只發生在比太陽質量更小的 恆星 中），並在數十億年中逐步冷卻。5、並不是Na含量的 不同導致了不同的 演化，但Na含量與不同的 演化緊密相關——具體的 原因仍是謎。譯註：因為本文的 發現與通常的 恆星 演化理論相反，所以不能用通常理論來解釋。但是以下兩點是沒有疑問的 ：甲、Na是只能在較大質量的 恆星 核心中合成的 。由於NGC 6752的 年齡很老，所以現存的 所有恆星 都不具有合成Na的 能力。恆星 的 Na含量就代表它的 年齡——較大的 含量是第二代恆星 ，它們的 Na來自第一代大質量恆星 的 超新星 爆發。乙、AGB恆星 按照定義，是在C-O核心的 外層、He、H包層間斷進行核聚變的 階段。顯然這些留存的 AGB星 年齡都很大，所以其初始質量一定較小（除非後期發生了合併），像太陽質量的 恆星 早已變成了白矮星 。
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