一些垂死恒星通过壮丽的行星星云将气体外壳和尘埃抛向宇宙，这些灰烬通过恒星风传播，富含许多不同的化学元素，包括碳。在发表在《自然天文》期刊上的一项研究表明，这些恒星揭示了碳在银河系和其它星系的起源。约翰·霍普金斯大学物理与天文学系副研究科学家杰弗里·卡明斯说：这些发现对恒星如何以及何时产生碳提出了新的严格限制。
同时这些气体尘埃也进入了50亿年前形成太阳及其地球等行星系统的原材料中。作为碳基生命，碳是地球生命必不可少的元素，银河系中的起源仍然存在天体物理学家争论：一些支持低质量恒星被恒星风吹走富碳的包层变成白矮星，另一些则认为碳合成的主要地点是大质量恒星风，这些恒星最终爆炸为超新星。利用凯克天文台观测收集的数据，天文学家分析了属于银河系疏散星团的白矮星。
疏散星团是由多达几千颗恒星通过相互引力聚集在一起的星团。根据这一分析，研究小组测量了白矮星的质量，并利用恒星演化理论，计算了它们诞生时的质量。诞生时的质量与最终白矮星质量之间的联系，被称为初始-最终质量关系，这是天体物理学中的一个基本结论，它包含了恒星的整个生命周期。以前研究总是发现一种不断增长的线性关系：恒星诞生时质量越大，白矮星死亡时留下的质量就越大。
碳元素的起源
但当研究人员计算初始-最终质量关系时发现，来自这组疏散星系团的白矮星质量比天体物理学家之前认为的要大，这一发现打破了其他研究总是发现的线性趋势。换句话说，大约10亿年前在银河系诞生的恒星，并没有像人们通常认为的那样产生大约0.60-0.65太阳质量的白矮星，但它们在死亡时留下了更多质量约为0.7-0.75太阳质量的残骸。这一趋势中的这种怪异现象，解释了低质量恒星中的碳是如何进入银河系的。
在恒星生命的最后阶段，质量是太阳两倍的恒星在内部产生了新的碳原子，并将这些碳原子输送到表面，最后恒星风将碳扩散到周围的星际环境中。研究的恒星模型表明，富含碳的外层剥离速度足够慢，足以让这些恒星的中心核心，即未来的白矮星，在质量上有相当大的增长。研究计算出，恒星必须至少有1.5倍太阳质量，才能在死亡时将其富含碳的气体壳扩散开来。据帕多瓦大学物理和天文学教授、研究的第一作者Paola Marigo说：
这些发现有助于科学家了解宇宙中星系的属性，通过结合宇宙学和恒星演化理论，研究预计，接近演化末期的明亮富碳恒星，就像这项研究中分析的白矮星祖先一样，目前正在为非常遥远星系发出的光做出贡献。这种光带有新产生的碳特征，通常由来自太空和地球的大型望远镜收集，以探测宇宙结构的演变。因此，这种对恒星中碳是如何合成的新理解，也意味着对来自遥远宇宙的光有了更可靠的解释。
博科园｜研究/来自：约翰·霍普金斯大学
参考期刊《自然天文》
DOI: 10.1038/s41550-020-1132-1
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