古老而巨大的恒星以一種我們認(rèn)為不可能的方式爆炸

銀河系中一顆奇怪的恒星暴露了一顆巨型恒星的獨(dú)特爆炸的特征,這顆恒星曾經(jīng)存在于數(shù)十億年前的宇宙黎明.

現(xiàn)存恒星J0931+0038的化學(xué)成分非常奇怪,它只能由一顆巨大恒星的殘余物組成,這顆恒星的質(zhì)量至少是太陽(yáng)的50倍,在它成為超新星之前創(chuàng)造了這些元素。

這更奇怪。根據(jù)理論,這么大質(zhì)量的恒星應(yīng)該直接坍縮成一個(gè)黑洞當(dāng)它死去時(shí)——不要通過超新星,不要收集奇怪的元素豐度。

“我們從未見過這樣的事情,”天文學(xué)家Alex Ji說芝加哥大學(xué)和斯隆數(shù)字巡天(SDSS)領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

“無論當(dāng)時(shí)發(fā)生了什么,它一定很了不起。我們給[超新星祖先]起了個(gè)綽號(hào)'巴本海默星',因?yàn)樗哂袎延^的核合成能力。

宇宙中大多數(shù)元素的產(chǎn)生是恒星的省份。之后大爆炸138億年前,當(dāng)一切都冷卻到足以形成原子時(shí),太空中充滿了大部分氫氣和少量氦氣的湯。這就是第一顆恒星誕生的地方。

但恒星基本上是元素工廠,在稱為核合成的過程中有幾種不同的方法來創(chuàng)造新材料。它們由其核心中發(fā)生的聚變過程提供動(dòng)力,將原子粉碎在一起形成更重的元素。

然而,這止步于鐵;將鐵融合成更重的東西所消耗的能量比它產(chǎn)生的能量更多,所以對(duì)于這顆恒星來說,游戲就結(jié)束了。

藝術(shù)家對(duì)J0931+0038奇怪化學(xué)豐度的印象。(芝加哥大學(xué)/SDSS-V/Melissa Weiss)

當(dāng)星星爆炸時(shí),較重的元素是在超新星極具能量的環(huán)境中產(chǎn)生的。除了聚變的產(chǎn)物外,這些元素還被噴射到太空中,在那里它們被納入后代恒星中。

恒星中的化學(xué)豐度可以告訴我們很多關(guān)于它們自身歷史的信息。例如,最近出生的恒星具有比氦更重的元素豐度更高,氦是判斷恒星年齡的便捷工具。不同的元素可以告訴我們之前出現(xiàn)的恒星——那些最初鍛造較重元素的恒星。

J0931+0038是一顆低質(zhì)量的紅巨星,懸掛在包圍銀河系圓盤的大致球形空間區(qū)域,稱為銀河光環(huán).在銀河系暈中可以找到許多非常古老、奇怪的恒星,因此天文學(xué)家經(jīng)常在那里尋找有關(guān)早期宇宙的線索。

J0931+0038于1999年首次被SDSS捕獲,但不是彩色的。直到 2019 年,一項(xiàng)后續(xù)研究才捕獲了來自恒星的全光譜光——這是識(shí)別其化學(xué)成分的關(guān)鍵,因?yàn)椴煌脑貢?huì)吸收和重新發(fā)射特定波長(zhǎng)的光。

J0931+0038的光譜揭示了前所未有的化學(xué)成分。它在元素周期表上奇數(shù)的元素(如鈉和鋁)含量低得驚人,但富含接近鐵的元素,如鎳和鋅。然后,比鐵重的元素(例如鍶和鈀)的豐度遠(yuǎn)高于應(yīng)有的豐度。

導(dǎo)致J0931+0038形成和發(fā)現(xiàn)的事件序列。(NASA、ESA、CSA、StSci、芝加哥大學(xué)、SDSS-V、S5、Melissa Weiss、James Josephides、Yuri Beletsky)

“我們有時(shí)會(huì)一次看到這些特征之一,但我們以前從未在同一顆恒星上看到過所有這些特征。天文學(xué)家詹妮弗·約翰遜(Jennifer Johnson)說俄亥俄州立大學(xué)。

研究小組發(fā)現(xiàn),在J0931 + 0038中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)金屬一定來自一個(gè)單一的,極度貧金屬的核合成源:一顆質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量50到80倍的恒星,它爆炸了,將其內(nèi)臟噴向太空,并留下了一團(tuán)物質(zhì),J0931 + 0038就是從中誕生的。

然而,如此巨大的恒星預(yù)計(jì)會(huì)向內(nèi)坍縮而不是向外爆炸,這只是問題的一部分。

“令人驚訝的是,現(xiàn)有的元素形成模型無法解釋我們所看到的。天文學(xué)家桑賈娜·柯蒂斯(Sanjana Curtis)說加州大學(xué)伯克利分校,共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究?!斑@不僅僅是,'哦,你可以在這里和那里調(diào)整一些東西,它就會(huì)奏效——整個(gè)元素模式幾乎看起來是自相矛盾的。

這是一個(gè)至今沒有答案的謎題。只有找到更多這樣的怪人,并模擬它們的形成,才能揭示“巴本海默”恒星是如何生活、死亡和留下指紋的,供我們?cè)谠S多億年后解開謎團(tuán)。

該團(tuán)隊(duì)的研究已被接受天體物理學(xué)雜志快報(bào),可在arXiv的.

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