火焰中的鐵:可能發生的小恆星超新星

爆發的白矮星和意想不到的鐵元素丰度解釋了一個獨特的星團的化學成分

儘管太陽以外的恆星距離我們有數光年之遙,但它們的饋贈卻無處不在:我們呼吸的氧氣,骨骼中的鈣,血液中的鐵。大質量恆星尤其慷慨。在它們短暫的生命中,它們會產生諸如氧和鎂等元素,並透過超新星爆炸將它們噴射到太空中;爆炸本身會形成更重的元素,如金和鉑。銀河系約 80% 的超新星來自大恆星,因此它們的副產品無處不在——從巧克力中的鎂到諾克斯堡的金。

相比之下,來自小恆星的超新星是元素創造的弱者。這些超新星被命名為 Ia 型,當一顆白矮星(一顆直徑小於地球的緻密恆星)從一顆伴星那裡吸積過多的物質並獲得至少 1.4 個太陽的質量時發生。由此產生的爆炸會將重元素噴射到太空中。這些“小恆星”超新星確實擅長產生一種至關重要的元素——鐵;它們創造了地球核心和血液中大約三分之二的鐵。儘管取得了這一重要成就,但小恆星超新星在世界上留下的印記較少。同樣的模式也出現在天空中,大恆星爆炸產生的元素壓倒了來自其較小且較稀有的同類的元素。

但現在出現了一個令人驚訝的例外:在 NGC 1718 中,這是一個大約 20 億年前形成的星團,由大約 10 萬顆恆星組成,位於大麥哲倫星雲中——銀河系最亮的衛星星系,距離地球約 16 萬光年。“NGC 1718 的化學丰度非常不尋常,”日本國家天文臺的天文學家辻本拓司說。“它的化學丰度相當於 Ia 型超新星。”


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關鍵線索是鎂和鐵。鎂核起源於大質量恆星,通常數量超過鐵核,後者是兩種超新星的產物。但是加州大學聖克魯茲分校的天文學家珍妮特·科盧奇及其同事的新觀測表明,這個奇怪的星團的鐵含量遠高於鎂含量。它的鐵鎂比是太陽值的八倍。

過去,天文學家發現一些鐵鎂比高的個別恆星;每顆恆星都可能是由一個恰好位於一顆爆炸的白矮星附近的 газовый 氣袋形成的。但到目前為止,還沒有人見過如此大量的恆星中出現這種異常丰度。

NGC 1718 中發生了什麼? 西澳大利亞大學的天文學家 Kenji Bekki 說,這種奇怪的化學成分“意味著這個星團的形成歷史應該與其他星團大不相同”。他和辻本在《天體物理學雜誌快報》中提出,需要一個虛擬的爆發白矮星村莊,才能使整個擁有 10 萬顆恆星的星團具有如此高的鐵鎂比。

還需要另一個星系:大麥哲倫星雲有自己的衛星——小麥哲倫星雲——它在一個橢圓軌道上圍繞它的伴星跳舞,有時會靠近,有時會偏離。

為了解釋 NGC 1718,辻本和貝基提出,這個戲劇實際上是從另一個星團開始的,該星團的大質量恆星爆炸,並將氣體從大麥哲倫星雲的一部分中丟擲。然後小麥哲倫星雲經過,將其氣體傾倒到爆炸恆星留下的洞中。這種氣體富含鎂和鐵,因為兩個星系中較小的星系產生的這些元素較少。然後,炸開洞的同一星團中的白矮星開始爆炸,用它們的鐵來豐富下落的氣體,但鎂卻很少。

最近的觀測表明,Ia 型爆炸在恆星形成後 1 億年開始。出現時間滯後是因為白矮星是從壽命比大質量恆星更長的恆星演變而來的。辻本和貝基計算出,17 到 20 個爆炸的白矮星將其富含鐵的碎片拋入氣體中,然後產生了 NGC 1718,其許多新恆星繼承了高鐵鎂比。

約翰霍普金斯大學的天文學家羅斯瑪麗·懷斯說:“我同意作者的觀點。” “很可能,該星團是由富含 Ia 型超新星噴射物的物質形成的。” 二十年前,她和劍橋大學的傑拉德·吉爾摩呼叫爆炸的白矮星來解釋麥哲倫星雲中較輕微的丰度異常。她說,該星團證明了星系的化學演化並非總是順利進行。相反,可能會出現不規則現象,化學丰度會偏離常態,從而使像 Ia 型超新星這樣的弱者偶爾成為冠軍。

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