天文学家说，白矮星是银河系中碳的主要来源

天文学家分析了银河系古老的开放星团中的几颗碳氧白矮星，他们的发现有助于揭示碳的起源，碳是地球上生命所必需的元素。

ZTF J153932.16+502738.8，这是一幅艺术家画的一对绕轨道运行的白矮星。图片来源:加州理工学院/ IPAC。

宇宙中的每一个碳原子都是由恒星通过三个氦原子核的聚变产生的，但天体物理学家仍在争论，在我们的银河系中，哪类的恒星是碳的主要来源？

一些人支持低质量恒星，这些恒星被恒星风吹走了富含碳的外壳，变成了白矮星；另一些人则把碳合成的主要场所放在大质量恒星，这些大质量恒星最终爆炸成为超新星。

帕多瓦大学天文学家保拉·马里戈(Paola Marigo)及其同事利用夏威夷W.M.凯克天文台2018年收集的数据，分析了属于五个开放星团的白矮星：NGC 752、Ruprecht 147、NGC 6121、NGC 6819和NGC 7789。

“通过分析观测到的凯克光谱，可以测量白矮星的质量，”合著者、加州大学圣克鲁兹分校的天文学家恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯教授说。“利用恒星演化理论，我们能够追溯到恒星的起源，并计算出它们刚诞生时的质量。”

恒星的初始质量和白矮星的最终质量之间的关系被称为初始-最终质量关系，这是一种综合了恒星整个生命周期信息的基本诊断方法。研究小组对观察到的白矮星的分析给出了一个令人惊讶的结果：这些恒星的质量明显比预期的要大，在初始质量在一定范围内的恒星的初始质量和最终质量之间的关系中出现了一个“重合”。

“我们的研究将最初和最终质量关系中的这种重合解释为银河系中低质量恒星合成碳的标志，”马里戈博士说。

在它们生命的最后阶段，质量是太阳两倍的恒星在其炽热的内部产生了新的碳原子，并将它们运送到表面，最后通过恒星的温和风将它们扩散到星际介质中。该小组详细的恒星模型表明，富碳的外地幔的剥离发生得足够慢，足以让这些恒星(未来的白矮星)的核心在质量上显著增长。

通过分析围绕着这个重合的初始和最终的质量关系，研究人员得出结论，大于2个太阳质量的恒星也促成了星系中碳的富集，而小于1.5个太阳质量的恒星则没有。

换句话说，传播富碳物质的最小恒星是1.5倍太阳质量的恒星。

“这些发现对我们银河系的恒星如何以及何时产生碳构成了新的严格限制，这些碳最终进入了46亿年前形成太阳及其行星系的原材料中，”合著者、约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的天文学家杰弗里卡明斯(Jeffrey Cummings)博士说。

“这项研究最令人兴奋的方面之一是它影响了已知白矮星的年龄，而白矮星是了解银河系形成历史的重要宇宙探测器，”合著者皮尔-伊曼纽尔·特伦布莱博士说，他是华威大学的天文学家。

“最初到最终的质量关系也为超新星设定了较低的质量极限，超新星是远距离观测到的巨大爆炸，这对理解宇宙的本质非常重要。”

研究结果发表在《自然天文学》杂志上。

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