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港大研究預視太陽最終下場 垂死行星狀星雲再爆發

2018/8/15 — 15:09

行星狀星雲 HuBi 1(左)與圓球狀行星狀星雲 Abell39(右)比較。Abell39 的中心為一明亮的白矮星,HuBi 1 則具有雙球層結構。兩個中心星演化有異:Abell39 中心白矮星的大氣以氫元素為主,且一直在走向死亡;HuBi1 中心白矮星於近期發生了一次短暫的「再爆發」,將富含重元素的物質拋射到原先的富氫星雲中,形成元素含量有差異的雙層星雲結構。(左圖/ Guerrero et al. 2018; 右圖/美國國家光學天文台。)

行星狀星雲 HuBi 1(左)與圓球狀行星狀星雲 Abell39(右)比較。Abell39 的中心為一明亮的白矮星,HuBi 1 則具有雙球層結構。兩個中心星演化有異:Abell39 中心白矮星的大氣以氫元素為主,且一直在走向死亡;HuBi1 中心白矮星於近期發生了一次短暫的「再爆發」,將富含重元素的物質拋射到原先的富氫星雲中,形成元素含量有差異的雙層星雲結構。(左圖/ Guerrero et al. 2018; 右圖/美國國家光學天文台。)

我們的太陽尚有約 50 億年壽命,但當它燃料耗盡後,瀕死的太陽又會出現甚麼現象?港大研究或能解答此謎團。

香港大學及西班牙安達盧西亞天體物理學研究所西班牙天文學家 Martín Guerrero 與香港大學太空研究實驗室及物理學家方玄在 2014 年時,利用安達盧西亞天體物理學研究所北歐光學望遠鏡 (Nordic Optical Telescope) 觀察行星狀星雲 HuBi 1 。行星狀星雲是不少恆星死亡前最後的形態,這類恆星會死亡時散發氣體,核心釋出的輻射則會令氣體發光,形成行星狀星雲,並繼續存活數萬年。此前研究就曾發現,太陽也有機會會落得如此下場。

與其他行星狀星雲不同,研究人員發現 HuBi 1 內部竟出現反常電離結構。在一般行星狀星雲中,靠近中心星區域的電離度一般較高,而較遠的電離度則較低。不過, HuBi 1 靠近中心星區域卻被低電離度元素離子包圍著,而較遠的則佈滿高電離離子。此外,HuBi 1 更擁有雙層殼結構,而且還有一層含有大量金屬的電離氣體存在,不只是氫元素。

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此兩個發現引起了研究人員興趣,並綜合了其他國家研究隊伍合作研究的數據和建設行星狀星雲電離模型,嘗試找出當中成因。他們發現該行星狀星雲在演化至晚期的白矮星階段後,接近中心星區域竟發生為期 50 年的核爆。持續半世紀核爆將行星狀星雲表面物質再次拋出星空,而這類含豐富金屬的恆星物質則穿過舊有星雲,產生激波並將氣體加熱。種種現象形成了 2014 年發現的反向電離結構。

不僅如此,核爆也將 HuBi1 重新「推回」行星狀星雲最後演化階段——短暫地重獲新生。研究人員認為,此發現也能幫助解答到此行星狀星雲在過去 50 年亮度等級不斷減低的成因。

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HuBi1 只比太陽系演化時期早約 50 億年,而其質量也和太陽相若,只比太陽大 1.1 倍。研究人員相信, HuBi1 的命運或可反映太陽晚期可能會出現的狀況。另外,此研究也可令天文學家更了解低質量、含豐富金屬白矮星的形成方法及演化機制。研究已刊於《自然 — 天文學》。 

來源:
國際團隊發現垂死行星狀星雲中心星出現「再爆發」短暫重生現象 或預示太陽最終命運/香港大學 ( 8 月 15 日)

報告:
Guerrero, M.A., Fang, X., Bertolami, M.M.M., Ramos-Larios, G. & et al. (2018). The inside-out planetary nebula around a born-again star. Nature Astronomy published online. DOI: 10.1038/s41550-018-0551-8

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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