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水火不容?恒星中或存在水分子


来源:凤凰科技

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凤凰科技讯北京时间6月20日消息,科学日报报道,近日天文学家利用欧洲航天局的赫歇尔空间天文台(Herschel Space Observatory)发现了一种至关重要的分子,它能够帮助在垂死的类似太阳

凤凰科技讯北京时间6月20日消息,科学日报报道,近日天文学家利用欧洲航天局的赫歇尔空间天文台(Herschel Space Observatory)发现了一种至关重要的分子,它能够帮助在垂死的类似太阳的恒星的燃烧灰烬里产生水。当低质量或者中等质量的恒星,类似太阳,到达生命的终点时,它们最终可能会变成密集的白矮星。在这个过程中,它会向太空喷射外层尘埃气体层,从而创造某种名为行星状星云的千变万化错综复杂的图案。

这张赫谢尔图片是利用SPIRE设备在250毫米波长下拍摄的螺旋星云。

行星状星云其实与行星并无太大关系,它是由18世纪的天文学家威廉·赫歇尔(William Herschel)命名的,因为他透过望远镜观测这些星云时发现它们看起来像模糊的圆形天体,有些像太阳系内的行星。

两个世纪之后,以赫歇尔为名的空间天文台观测的行星状星云获得了一项出人意料的发现。和更重的恒星经历的剧烈超新星爆炸一样,这些催生行星状星云的恒星的死亡丰富了恒星环境,提供了更多元素以孕育下一代恒星的出生。

虽然超新星一般“锻造”最重的元素,但行星状星云却包含大部分较轻的“生命元素”,例如碳、氮、氧,主要是通过母星的核聚变所产生的。类似太阳的恒星会在几十亿年的时间内缓慢的燃烧内核里的氢。然而一旦燃料耗尽,中央恒星就会膨胀形成红巨星,变得非常不稳定并抛射外层物质形成行星状星云。

恒星剩余的内核最终会变成炙热的白矮星,朝周围环境释放紫外线辐射。密集的辐射可能会摧毁恒星之前抛射物质的分子,后者往往在行星状星云的外围堆积成块状物或者物质环。据称残酷的辐射也会限制这片区域里新分子的形成。

然而,在利用赫歇尔进行的两项单独研究里,天文学家发现了在这样残酷的环境里对水的形成至关重要的分子,甚至可能要依赖这一分子以形成水。这个名为OH+的分子是单个氧原子和氢原子组成的带正电分子。

在其中一项由荷兰莱顿大学的伊莎贝尔·阿莱曼(Isabel Aleman)博士带领的研究中,科学家们对11个行星状星云进行了分析并在其中三个上发现了这个OH+分子。这三颗行星的相关之处在于它们都环绕着最炙热的恒星运行,后者温度超过100000摄氏度。

“我们认为其中至关重要的线索在于密集尘埃气体块状物的存在,后者被炙热中央恒星释放的紫外线和X射线所照亮。” 阿莱曼博士这样说道。“这种高能量辐射与物质块发生相互作用,从而引发了化学反应,导致了这些分子的形成。”

与此同时,另一项由西班牙马德里材料科学学院的米雷娅·伊特撒路泽(Mireya Etxaluze)博士带领的研究关注于螺旋星云,后者是距离太阳系最近的行星状星云之一,大约700光年远。这一星云的中央恒星质量大约是太阳的一半,但它的温度高达120000摄氏度。被驱逐的恒星外壳包含大量不同的分子类型,后者在可见光图片里看起来像人眼。

赫歇尔描绘了整个螺旋星云里至关重要的分子的存在,结果发现它大量存在于一个特殊的区域——之前由恒星喷射出的一氧化碳最容易被强烈紫外线辐射所摧毁的地区。一旦氧原子脱离一氧化碳分子,它们就可以自由的形成氧-氢分子,这进一步支持了紫外线辐射会促进它们的产生的假说。

这两项研究首次鉴别了行星状星云里水形成所需要的至关重要的分子,尽管具体的环境条件是否支持水形成过程的继续发展目前仍不清楚。“螺旋星云的临近性意味着我们在宇宙家门口有一个天然的实验室,能够允许我们细节的研究这些天体的化学特性,以及它们在通过星际介质回收分子的过程中所起的作用。” 伊特撒路泽博士这样说道。“赫歇尔一直在追踪整个宇宙里水的踪迹,从恒星形成云到太阳系内的小行星带。”欧洲宇航局赫歇尔项目科学家高兰·皮尔布拉特(Göran Pilbratt)这样说道。“现在我们发现,类似太阳的恒星促进了宇宙里水的形成,即使是在它们生命的终结期。”

由阿莱曼博士带领进行的《赫歇尔行星状星云调查(HerPlaNS),首次在行星状星云里检测到OH+》,以及伊特撒路泽博士带领进行的《赫谢尔光谱描绘螺旋星云(NGC7293):延伸一氧化碳光离解和OH+释放》都被发表在期刊《天文学与天体物理学》上。

HerPlaNS是对11个行星状星云的调查,旨在通过追踪尘埃气体组成部分,研究星周物质的形成和进化。HerPlaNS小组是由美国丹佛大学的俊弥友它(Toshiya Ueta)带领的。

进化恒星的质量损失(Mass loss of Evolved StarS,简称MESS)联合小组研究了一系列进化恒星(包括行星状星云),从而更好地理解这些天体的质量损失,喷射物质的尘埃气体化学过程,以及塑造星云的过程。MESS是由比利时皇家天文台的马丁·格林维根(Martin Groenewegen)带领的,而科研小组里行星状星云的研究则是由比利时皇家天文台的彼得·范·霍夫(Peter van Hoof)带领进行的。(编译/严炎刘星)

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[责任编辑:李大鹏]

标签:恒星 水分子 星云

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