垂死恒星將外層外殼剝離，形成美麗而神秘的“行星狀星云”(PNe)，現(xiàn)在迎來了一位新的重量級冠軍，名字很無辜，叫PNe BMP1613-5406。大質(zhì)量恒星活得快，死得早，在僅僅幾百萬年后就爆炸成強(qiáng)大的超新星。然而，絕大多數(shù)恒星，包括我們太陽，質(zhì)量要小得多，在經(jīng)歷短暫而輝煌的行星狀星云階段之前，壽命可能長達(dá)數(shù)十億年。當(dāng)只有一小部分未燃燒的氫留在恒星核心時，行星狀星云就形成了。

輻射壓力會將大部分這種物質(zhì)驅(qū)逐出去，熾熱的恒星核心會發(fā)出亮光。這就電離了先前噴射出的防護(hù)罩，形成了行星狀星云，并提供了一個可見、有價值的恒星質(zhì)量損失過程的化石記錄(行星狀星云與行星無關(guān)，但之所以獲得這個名字，是因為熾熱的中心恒星周圍發(fā)光的電離氣體球體，在早期的觀察者看來，與行星很像)。行星狀星云理論來自于質(zhì)量為太陽質(zhì)量1-8倍的恒星，占所有比太陽質(zhì)量大恒星的90%。

然而，到目前為止，行星狀星云已經(jīng)被證明是由出生時只有太陽1-3倍質(zhì)量的恒星產(chǎn)生。香港大學(xué)物理系、空間研究實驗室主任昆汀·帕克教授和博士生弗拉庫·瓦西利基小姐，與曼徹斯特大學(xué)和南非天文臺合作，現(xiàn)在正式打破了之前的極限，抓住了行星狀星云是從一顆誕生時質(zhì)量為太陽5.5倍的恒星中出現(xiàn)的證據(jù)，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然天文學(xué)》上。

為什么這很重要？

行星狀星云為研究恒星演化的晚期提供了一個獨(dú)特窗口，這些恒星演化是由豐富的發(fā)射線光譜所揭示，這些光譜是等離子體物理學(xué)的優(yōu)秀實驗室。行星狀星云在很遠(yuǎn)的地方都可見，其強(qiáng)光譜線可以確定行星狀星云的大小、膨脹速度和年齡，還可以探測恒星質(zhì)量損失的物理和時間尺度。還可以用來計算中心剩余恒星核心的光度、溫度和質(zhì)量，以及噴射氣體的化學(xué)成分。其次，這里的關(guān)鍵是，這是一個前所未有的例子：

證明了一個恒星的原始“祖”質(zhì)量接近理論下限的核心坍縮超新星形成。其研究結(jié)果是第一個確鑿的證據(jù)，證實了理論預(yù)測，即5+倍太陽質(zhì)量的恒星實際上可以形成行星狀星云。因此，這個獨(dú)特的案例為天文學(xué)界提供了一個重要工具，使他們能夠?qū)阈呛托窍档幕瘜W(xué)演化有了新認(rèn)識。但香港大學(xué)和曼徹斯特大學(xué)這支研究隊伍是如何奪得重量級拳王桂冠的呢？關(guān)鍵是在一個年輕星系開放星團(tuán)NGC6067中發(fā)現(xiàn)了行星狀星云。在一個疏散星系群群中找到一個行星狀星云是非常罕見的事件。

事實上，只有另一個行星狀星云, PHR1615-6555先前被證明存在于一個疏散星團(tuán)中，但其前身恒星的質(zhì)量要低得多。有趣的是，這是一個更早的發(fā)現(xiàn)，來自同一個領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊。疏散星系群中經(jīng)過驗證的行星狀星云位置提供了難以通過其他方式獲取關(guān)鍵和重要數(shù)據(jù)。這包括一個精確的距離和一個星團(tuán)的“關(guān)鍵”質(zhì)量估計(也就是說，一顆恒星誕生時的質(zhì)量必須是它在已知年齡的星團(tuán)中從主序列演化而來)。對行星狀星云-簇關(guān)聯(lián)的高度信心來自于它們在視力線上高度一致的徑向速度(超過1km/s)。

視力線具有陡峭的速度距離梯度、共同距離、共同變紅和投影，并且行星狀星云與簇中心的物理距離非常接近?？傊?，令人興奮的結(jié)果是堅實的證據(jù)，證實了理論預(yù)測，即5+倍太陽質(zhì)量的恒星可以形成行星狀星云，并且如預(yù)期的那樣富含氮。行星狀星云簇的成員關(guān)系為核心坍縮超新星的原始質(zhì)量下限，以及白矮星初始到最終質(zhì)量關(guān)系(IFMR)的中高質(zhì)量提供了新的嚴(yán)格約束。也為評估中質(zhì)量恒星的核合成(元素創(chuàng)造)預(yù)測提供了一個經(jīng)驗基準(zhǔn)。行星狀星云BMPJ1613-5406和它NGC6067星系團(tuán)將為天文學(xué)界提供關(guān)于恒星和星系(化學(xué))演化的重要見解。

博科園｜研究/來自：香港大學(xué)

參考期刊《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-019-0796-x

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