行星状星云异常的行星分子和同位素含量

2021-12-07 10:04:00吕风家导读行星状星云的观测揭示了异常的分子含量和稀有同位素的惊人富集，这对化学模型以及我们目前对恒星核合成的状星理解提出了挑战。利用西班牙格拉

行星状星云的云异观测揭示了异常的分子含量和稀有同位素的惊人富集，这对化学模型以及我们目前对恒星核合成的分和理解提出了挑战。

利用西班牙格拉纳达附近的同位亚利桑那射电天文台12米和亚毫米望远镜以及IRAM 30米望远镜，亚利桑那大学的素含天文学家发现了行星状星云中意外的化学物质。由德博拉·施密特(Deborah Schmidt)(现在在斯沃斯莫尔学院)在天文学会第236次会议上发表的行星这些结果表明，行星状星云在向星际空间提供富含分子的状星物质而不仅仅是原子的过程中起着至关重要的作用。

此外，云异分子数据还揭示了常见元素(如碳，分和氧和氮)的同位稀有同位素的异常富集，包括13C，素含15N和17O。行星我们目前对大多数恒星如何死亡的状星理解无法解释行星状星云中这些异常同位素的高丰度，这表明可能正在发生其他过程，云异甚至发生剧烈爆炸。

行星状星云代表着垂死的太阳般恒星的最后喘息。在生命的尽头，这些恒星弹出它们的外层，形成一个明亮的发荧光的包层，该包层从剩余的核向外扩展。这种喷射与在星际之间存在的低密度物质混合在一起，被称为星际介质，以后可以将其结合到新形成的恒星系统中。

残余核称为白矮星，随着温度升高进入行星状星云相，它会发出大量的高能辐射。结果，长期以来人们一直认为星云物质应该是元素组成，白矮星中的高能光子会破坏恒星生命早期阶段剩余的任何分子。

与这些模型预测完全不同的是，施密特在亚利桑那大学的论文工作中进行的观测发现了超过25个行星状星云中的大量异常分子。

这些结果清楚地表明，分子是行星状星云组成的重要组成部分，它们随后可能会“污染”星际弥散介质。从历史上看，天文学家一直在努力解释弥散气体中观察到的多原子分子的丰度，因为没有足够的致密材料可以在现实的时间尺度上产生它们。Schmidt等人的发现。提出了解决这一持续困境的新颖方法。

这些行星状星云的分子观测也提供了对祖星中发生的核反应以及所产生的元素和它们的不同核的独特见解。这是因为以最高光谱分辨率进行的无线电波和毫米波波长的观察，可以清楚地区分具有不同元素和同位素的分子。

施密特及其同事发现，他们发现的分子表明，例如，祖先恒星是否富含碳。此外，他们已经能够测量主要元素及其稀有形式(例如12C / 13C或14N / 15N)之间的丰度比。众所周知，这样的比率是恒星死亡之前深处发生的过程的灵敏探针，并且已被用作测试恒星模型的少数“基准”之一。现在，首次可以在行星状星云中对其进行精确测量，从而给出了恒星最终阶段的“快照”。

这些观测在行星状星云中揭示了什么?首先，大量碳以及13C的高丰度和一个K4-47 星云中的15N和17O的含量大大增加-比宇宙中其他任何地方所观测到的都要高(Schmidt等人2018)。垂死恒星的模型尚未预测到在行星状星云中观测到的高浓度13C，15N和17O。

特别是，施密特(Schmidt)和合作者建议，这些行星状星云的祖先恒星可能在发生最后一次“喘气”时发生了意外事件，即氦壳闪蒸，其中恒星内部的热碳被吹到恒星表面。在发生的剧烈爆炸中，会产生13C，15N和17O并从恒星中弹出。这种充满活力的过程还可以解释行星状星云通常表现出的不寻常的双极和多极几何形状，使其具有“沙漏”和“苜蓿叶”形状。

垂死的恒星也会产生尘粒。这些谷物中的一些实际上已经进入了我们的太阳系，在这里，诸如合作者Thomas Zega等研究人员从原始陨石中提取了它们。可以在这些所谓的“前太阳”晶粒中测量元素同位素，从而提供其历史的罗塞塔石碑。已经发现其中一些晶粒表现出始终较低的12C / 13C，14N / 15N和16O / 17O比率，这对于宇宙化学家来说是一个难题，因为这些比率无法用正常模型解释。

由于缺乏更好的解释，人们推测这些非典型的晶粒起源于新星，这是一种热核爆炸，发生在二元体系中低质量恒星残留物的表面上。然而，它们的异常比率与K4-47中发现的比率相符，这表明行星状星云是其真正的出生地。

行星状星云提供了星际空间中发现的大部分物质，这随后导致了像我们自己的恒星系统。施密特及其同事的工作表明，这些物体包含隐藏的分子和元素同位素，在描绘它们的彩色图像中看不见。探索行星状星云的这些新的，出乎意料的方面，对于我们了解恒星的历史以及构成太阳系的物质的演化至关重要。