美國亞利桑納大學（University of Arizona）天文學家史都華天文台（Steward Observatory）Patrick Dufour等人，發現一群大氣幾乎全由純碳組成的白矮星，其演化方式或許是天文上前所未見的，這個結果勢將撼動現行的恆星演化理論。Dufour等人認為：這些純碳大氣的白矮星，其前身恆星可能剛好處在稍低於可引發超新星爆炸的質量下限；或是，可能約有2～3％的大質量恆星死亡時並不會經歷超新星爆炸階段，而是演化成為白矮星。
當一顆恆星內部進行氦核融合反應，會製造出碳和氧；當核心中的燃料用盡，這顆恆星便會逐漸演變成一顆質量約太陽大小、體積卻只有地球大小的緻密白矮星。天文學家相信絕大部分白矮星的核心是由碳和氧所組成的，不過被表面的氫或氦組成的大氣層包圍而不得見，因此從未料到會找到大氣層居然是以碳為主成分的白矮星。Dufour等人認為：或許他們觀測到的正是裸露的星核—天然核反應爐和反應完的核廢料。
這些碳質大氣白矮星（carbon-atmosphere white dwarfs）是從史隆數位巡天（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）新發現的近10,000顆白矮星中找到的。其中一位團隊成員James Liebert於2003年時曾將其中數十顆鑑定為所謂的「DQ白矮星」。以可見光波段觀測時，DQ星顯示星體上絕大多數是氦和碳；天文學家相信是氦層中的對流作用將碳-氧核中的碳帶到表層的（對流崛起論，standard convective dredge-up scenario）。
Dufour以電腦模擬這些DQ星的表面溫度在絕對溫度5000K～24,000K之間的狀況，結果發現低溫時的狀況與一般氦質白矮星一樣，表面的碳元素含量極少；然而當他分析高溫星時，不管碳元素含量如何增加，都無法符合DQ星的光譜特徵，最後只能用純碳大氣模式嘗試，結果～～Bingo！以前從未有人計算過純碳大氣模型，甚至沒有相信這種情況會存在。因此Dufour的模擬結果讓眾天文學家既驚訝又興奮。目前Dufour等人已經從200顆DQ星中識別出8個碳質大氣白矮星。
不過，解決了一個問題，必定會引起另一個問題。目前已知的純碳大氣白矮星的表面溫度都在18,000K～23,000K之間，溫度高得無法用標準的對流崛起理論來解釋這些星體的源起，因此必定是另一個原因造成的。Dufour和Liebert等人認為這些星體的演化途徑或許與H1504+65這顆獨特的熾熱恆星類似。若果真如此，那麼這些純碳大氣白矮星必定反映出一種前所未知的恆星演化方式。
H1504+65是顆表面溫度高達絕對溫度200,000K的極大質量恆星。天文學家現在相信這顆恆星因不明原因，除少部分氦氣之外，所有氫氣與氦氣都被向外拋出，50％碳加50％氧組成的恆星核心因而完全裸露出來。Dufour等人認為像H1504+65這樣的星體冷卻時，因重力會將碳、氧和少量的氦分離開來，使得它最終會變成一顆純碳星。在25,000K以上的情況下，少量氦元素會浮升到頂端，在恆星表面形成一層薄層，覆蓋住較重的碳層，有效地偽裝成它是顆氦質大氣白矮星。但當溫度介在18,000K～23,000K之間時，碳層的對流作用可能使氦層被稀釋，而氧則因較重而沈入恆星內部深層，無法被對流攪動而拉到表層，因而成為碳質大氣星。
Dufour等人估計前身恆星的質量如果在9～11倍太陽質量時，或許就可以解釋這些獨特的碳星。早在1999年就曾有天文學家預測9或10倍太陽質量的恆星會演變成核心為氧-鎂-氖而大氣主要為碳-氧的白矮星，質量在此以上的則會爆炸成超新星。不過，當時並不清楚超新星爆炸的質量下限到底落在何處，是8倍、9倍、10倍或11倍太陽質量？然而Liebert等人還無法確定這些碳質大氣恆星的前身恆星質量究竟有多大，這可是回答上述超新星質量下限問題最關鍵的事。
資料來源：
http://www.tam.gov.tw/news/2007/200711/07112801.htm
http://uanews.org/node/17027
[ 本帖最後由 dumbmotor 於 2008-6-16 12:57 編輯 ] |
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