發現碳質大氣白矮星,顯示或許有另一種恆星演化途徑

流水樽 發表於 2008-1-30 18:22:27 [顯示全部樓層] 回覆獎勵 閱讀模式 0 2782
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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