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天文學家發現罕見鋯星



  北愛爾蘭阿麥天文台(Armagh Observatory)研究生N. Naslim及其指導教授Simon Jeffery等人,首度發現一種鋯元素(zirconium)非常豐富的星體。鋯元素常被珠寶商用來製造假鑽石;在這顆鋯星上,鋯元素以雲氣方式覆蓋在這顆星體表面,閃閃發光。

  Naslim等人是在尋找一個問題的解答過程中發現這顆鋯星:為何有一小群所謂的富氦高溫次矮星(helium-rich hot subdwarf)的恆星,在其生命終點時,其表面所含有的氫元素會比類似的其他恆星還少很多?利用位在澳洲南部塞丁泉天文台(Siding Spring Observatory)英澳望遠鏡(Anglo-Australian Telescope,AAT)所取得的觀測資料,Naslim等人注意到其中有一顆編號為LS IV-14 116的主序後恆星(evolved star)的光譜型態異於一般的富氦高溫次矮星。

  LS IV-14 116位在摩羯座和寶瓶座邊界,距離地球約2000光年遠。其光譜一如預期的有許多常見的元素譜線,但其他還有些強譜線辨識不出究竟是何種元素造成的。經過仔細研究後,Naslim等人發現其中4條譜線是僅在溫度攝氏20,000度以上的高溫環境中才能形成的鋯譜線;這類譜線之前從未在天文光譜中出現過!

  皇后大學(Queen's University)天文學家Alan Hibbert利用電腦模擬預測鋯元素的譜線強度;從這個資訊,Naslim等人測量出LS IV-14 116的鋯元素豐度高達太陽的10,000倍左右,換句話說,LS IV-14 116表面,每20萬個原子中,就有1個原子是鋯,比太陽的每20億個原子中只有1個是鋯還高很多。更進一步的研究之後,顯示其餘未知譜線來自鍶(strontium)、鍺(germanium)和釔(yttrium),而且這些元素的豐度都比一般恆星高出1,000~10,000倍左右。

  這個研究小組中的成員,不確定LS IV-14 116這些不尋常的元素豐度是否是這顆恆星大氣層中的雲層所造成的;因為一顆恆星只有大氣層可直接觀測到,大氣以下的部分皆為不透明。某些特定元素,主要是比鈣還重的金屬元素,高度聚集而形成這些雲層,但在這些雲層以上和以下就都沒有這些元素的存在,意味著這些元素的平均豐度應該接近一般恆星。

  成員之一的Natalie Behara因而透過電腦模擬計算這顆恆星大氣層,認為這個奇特的恆星大氣中有許多薄雲層,每一層都是由不同的金屬元素組成;這些雲層掩蔽了原本因高溫而呈現藍色的恆星表面。由此,Naslim等人認為這顆恆星很可能正從一個明亮的低溫巨星收縮成一個昏暗的高溫次矮星;當它收縮時,大氣中不同的元素分別會下沈或上浮,某些元素就剛好處在可被清楚偵測到的地方。所以這些元素的出現,反應了這顆恆星近期的演化歷史。

  絕大部分的恆星都類似太陽一樣,約每百萬個矽原子,就含有10個鋯原子;LS IV-14 116則是每百萬個矽原子,就含有200萬個鋯原子。Naslim等人估計LS IV-14 116的鋯雲層中,至少含有40億噸的鋯,相當於地球鋯元素年產量的4,000倍。目前不確定可否發現其他恆星也有這樣的特殊元素豐度現象,但這個研究至少提供了一個全然不同的新方式,讓天文學家可以直接觀察並研究這個特別的恆星演化階段。



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