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恆星演化道路的分岔點…

  • 上版日期:111-06-06

我們是否可以僅透過恆星的質量,就可以預測它終將會以火(超新星)或冰(白矮星最終冷卻成黑矮星)的狀態結束生命?由不列顛哥倫比亞大學領導的天文學家團隊試圖透過觀察白矮星來回答這個問題,以期找到火與冰之間準確的分界線。
 
當恆星燃料耗盡時,若非在劇烈的爆炸中拋出其外層,以至輸出的能量比太陽在其100億年的生命中所產生的能量還多;就是膨脹並穩定成為一顆大小與我們的月亮差不多的白矮星。而其中決定恆星會走向哪條路的關鍵在於它的質量,其中質量較小的恆星死亡後成為白矮星(冰),質量較大的則成為超新星(火)。儘管我們相信穩定白矮星廣泛被接受的最大質量約為1.38個太陽質量,亦即其前身恆星的理論值應該在8個太陽質量左右,但這個數字並不總是與我們觀察到的一致。如果所有大於8個太陽質量的恆星都在超新星的火焰中結束生命,那麼我們看到的超新星爆炸(尤其是Ⅱ型超新星)應該會比實際上看到的要多得多,但缺乏Ⅱ型超新星的情況表示,以白矮星形式結束生命的恆星,其最大質量實際上可能更接近12個太陽質量,而非8個。了解能夠成為白矮星的恆星質量限制,可以提供我們緻密天體的形成速度以及星系的金屬含量,恆星質量越大,其白矮星殘餘物的質量也越大。因此,透過尋找大質量的白矮星,可以有效地尋找質量不足以大到以超新星結束的大質量前身星。
 
為了探索這個極限,研究團隊深入研究銀河系外的年輕疏散星團,試圖找出大質量白矮星。迄今為止,在年輕的銀河系星團中的搜尋,還沒有發現質量超過1.1個太陽質量的白矮星成員,這表示這些白矮星來自不超過6.2個太陽質量的恆星。為了進一步擴大星團樣本,研究團隊使用哈伯太空望遠鏡調查了麥哲倫星系中的4個年輕且大質量的星團,其中5.7到10.2個太陽質量的恆星即將進入漸近巨星階段(中質量恆星生命晚期演化階段,此時恆星已耗盡其主要燃料來源),這表示這些星團中的白矮星一定來自比這更大的恆星。之所以選擇這些特定的組群,是因為麥哲倫星系的距離夠遠,有新的星團可以提供搜索,但又不至於遠到蓋亞視差不可信賴,以至於與麥哲倫星系外的白矮星混淆不清。
 
研究團隊在這4個星團中最古老的星團裡,發現了5個潛在的白矮星候選者,這是有史以來所發現的第一個系外單個白矮星,但由於這些白矮星在光學波段上非常微弱,最終確認還必須等待30米以上的望遠鏡對這些光源進行光譜分析,以期找到恆星演化道路的分岔點。該研究成果發表於《The Astrophysical Journal Letters》期刊上。(編譯/趙瑞青)
 
見圖說圖說:哈伯太空望遠鏡所拍攝的球狀星團NGC 6397,其中有許多非常微弱的白矮星。
圖片來源:NASA, ESA, and H. Richer (University of British Columbia)

資料來源:AASNOVA.