恒星演化道路的分岔点…

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我们是否可以仅透过恒星的质量,就可以预测它终将会以火(超新星)或冰(白矮星最终冷却成黑矮星)的状态结束生命?由不列颠哥伦比亚大学领导的天文学家团队试图透过观察白矮星来回答这个问题,以期找到火与冰之间准确的分界线。

当恒星燃料耗尽时,若非在剧烈的爆炸中抛出其外层,以至输出的能量比太阳在其100亿年的生命中所产生的能量还多;就是膨胀并稳定成为一颗大小与我们的月亮差不多的白矮星。而其中决定恒星会走向哪条路的关键在于它的质量,其中质量较小的恒星死亡后成为白矮星(冰),质量较大的则成为超新星(火)。尽管我们相信稳定白矮星广泛被接受的最大质量约为1.38个太阳质量,亦即其前身恒星的理论值应该在8个太阳质量左右,但这个数字并不总是与我们观察到的一致。如果所有大于8个太阳质量的恒星都在超新星的火焰中结束生命,那么我们看到的超新星爆炸(尤其是Ⅱ型超新星)应该会比实际上看到的要多得多,但缺乏Ⅱ型超新星的情况表示,以白矮星形式结束生命的恒星,其最大质量实际上可能更接近12个太阳质量,而非8个。了解能够成为白矮星的恒星质量限制,可以提供我们致密天体的形成速度以及星系的金属含量,恒星质量越大,其白矮星残余物的质量也越大。因此,透过寻找大质量的白矮星,可以有效地寻找质量不足以大到以超新星结束的大质量前身星。

为了探索这个极限,研究团队深入研究银河系外的年轻疏散星团,试图找出大质量白矮星。迄今为止,在年轻的银河系星团中的搜寻,还没有发现质量超过1.1个太阳质量的白矮星成员,这表示这些白矮星来自不超过6.2个太阳质量的恒星。为了进一步扩大星团样本,研究团队使用哈伯太空望远镜调查了麦哲伦星系中的4个年轻且大质量的星团,其中5.7到10.2个太阳质量的恒星即将进入渐近巨星阶段(中质量恒星生命晚期演化阶段,此时恒星已耗尽其主要燃料来源),这表示这些星团中的白矮星一定来自比这更大的恒星。之所以选择这些特定的组群,是因为麦哲伦星系的距离够远,有新的星团可以提供搜索,但又不至于远到盖亚视差不可信赖,以至于与麦哲伦星系外的白矮星混淆不清。

研究团队在这4个星团中最古老的星团里,发现了5个潜在的白矮星候选者,这是有史以来所发现的第一个系外单个白矮星,但由于这些白矮星在光学波段上非常微弱,最终确认还必须等待30米以上的望远镜对这些光源进行光谱分析,以期找到恒星演化道路的分岔点。该研究成果发表于《The Astrophysical Journal Letters》期刊上。(编译/赵瑞青)

恒星演化道路的分岔点…

见图说图说:哈伯太空望远镜所拍摄的球状星团NGC 6397,其中有许多非常微弱的白矮星。
圖片來源:NASA、ESA和h .富裕(英属哥伦比亚大学)

资料来源:AASNOVA.

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