中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2022年3月31日

我們常用殞落這詞代表一個重要人物的死亡。而在太空之中，恆星的死亡更是極為重要的一件事。最近由中研院天文所參與運作的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡（ALMA）成功捕捉到了恆星邁向死亡的畫面，猶如在平靜的湖面上泛起陣陣漣漪。

研究長蛇座V星（簡稱V Hya）的科學家們，目睹了該恆星前所未有的死亡細節。利用ALMA 和哈伯太空望遠鏡的觀測資料，研究團隊發現了六個緩慢膨脹的環和兩個沙漏形結構，這些結構是由高速噴射到太空中的物質所造成。研究結果將發表在《天文物理學期刊》上。

長蛇座V星是一顆富含碳的漸近巨星分支星（asymptotic giant branch，簡稱AGB，是一種明亮的紅巨星），距離地球約 1,300 光年。隨著核融合所需的燃料被剝離，質量等於或大於太陽的恆星有超過 90%會演變成 AGB 星。在這數百萬顆恆星中，V Hya 因其獨特的行為和特徵而引起科學家們的興趣，包括大約每 8.5 年發生一次的極端規模噴發，以及存在著一顆幾乎不可見但有助於噴發的伴星。

美國航太總署噴氣推進實驗室的天文學家，也是該計畫主持人Raghvendra Sahai 說：「我們的研究證實了AGB 星如何死亡的傳統模型（在10萬年或更長時間經由緩慢、相對穩定的球形風大量噴射燃料）是不完備的。一顆緊鄰的伴星很有可能在其中發揮了重要作用。了解雙星相互作用的物理對天文物理學來說非常重要，也是最大的挑戰之一。就 V Hya 而言，有一顆鄰近伴星和一顆假設的遙遠伴星的組合，在某些程度上可能是產生六環及高速噴流從而導致恆星死亡的原因。」

加州大學洛杉磯分校的天文學家、該論文的共同作者之一的Mark Morris補充說：「V Hya 已經邁入了大多數恆星晚期大氣層剝離的階段，令我們驚訝的是，我們發現，在這種情況下，物質正以一系列外流環的形式被排出。這是第一次也是唯一一次有人看到從 AGB 星噴出的氣體可以以一系列膨脹的『煙環』形式流出。」

在大約 2,100 年的時間裡，這六個環從 V Hya 向外擴展，為恆星周圍高密度擴張和翹曲的盤狀結構增加了物質並推動了其成長。該團隊將這種結構稱為 DUDE（Disk Undergoing Dynamical Expansion，正在進行動態擴張的盤）。

Morris說：「恆星演化的最終狀態 — 恆星歷經從紅巨星到最終成為白矮星殘骸的轉變 — 是一個複雜而尚未明瞭的過程。發現這一過程可能涉及氣體環的噴射，同時產生高速、間歇性的物質噴流，為我們探索恆星死亡的過程帶來了新的迷人波紋。」

Sahai 補充道：「V Hya 正處於短暫但關鍵的過渡階段，不會持續很長時間，在這個階段很難觀測到其中的恆星，或者更確切地說，『剛好抓到他們』。我們很幸運能夠目擊 V Hya 不同的質量流失現象，能更了解垂死的恆星在生命結束時是如何失去質量的。」

除了一系列膨脹的波環和一個翹曲的圓盤外，V Hya 還具有兩個沙漏形結構和一個噴流，以超過每秒240公里的速度噴出。之前在行星狀星雲中已經觀察到大型沙漏結構，包括 MyCn 18（也稱為沙漏星雲），這是一個年輕的發射星雲，距離地球約 8,000 光年，位於蒼蠅座的南部；以及更知名的南蟹狀星雲，一個位於半人馬座的發射星雲，距離地球約 7,000 光年。

Sahai 說：「我們在 1981 年首次觀測到速度很快的外流（outflow）。然後，在 2022 年，我們發現了由 V Hya 高速噴射的緻密電漿團組成的噴流。而現在，我們在 V Hya 中發現的廣角外流將這些現象連接起來，揭示了這顆超亮紅巨星目前所處的進化階段如何產生這些結構。」

中央研究院天文所博士後研究、論文第二作者的黃柏盛博士說：「藉由這次難能可貴的觀測，我們首次建立了AGB星外流環的精確模型。下一階段的挑戰我們希望能夠以更高的解析度來探索神秘的中心區域。」

由於恆星周圍塵埃的距離和密度，研究 V Hya 需要獨特的儀器，能夠清楚地看到非常遙遠且大多數光學望遠鏡難以或不可能探測到的物質。研究團隊使用了 ALMA 的第 6 波段（1.23 毫米）和第 7 波段（0.85 毫米）接收器，清楚地顯示了這顆恆星的多個波環和噴流。

美國國家電波天文台（NRAO）及ALMA天文學家、暨美國國家科學基金會（NSF）成員Joe Pesce說：「在低質量恆星末期所發生的現象，特別是在 AGB 階段，長期以來一直讓天文學家著迷，並且一直難以理解。但ALMA 的能力和解析力最終讓我們能夠以前所未有的細節見證這些事件，提供一些答案並增進我們對宇宙中大多數恆星的理解。」

Sahai 認為將紅外線、光學和紫外線資料納入研究，能創造一幅完整的多波段圖像，對天文學家來說，這可能是銀河系中最偉大的表演之一。 他補充道：「每次我們對 V Hya展開新的觀測時，它就會變得越來越像一個馬戲團，留下更多耐人尋味的樣貌。之所以留給我們如此深刻的印象，是因為太陽有一天也可能會經歷類似的命運。」

參考資料：

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，簡稱ALMA）是由歐洲、北美、東亞與智利共和國合作建造的國際天文設施。ALMA的經費來源包括三部分：歐洲地區由歐洲南天天文台（ESO）支應；北美地區由美國國家科學基金會（NSF）、加拿大國家研究委員會（NRC）、與臺灣的行政院科技部（MOST）共同支持；東亞地區則為日本國家自然科學研究機構（NINS）、台灣中央研究院（AS）和韓國天文研究院（KASI）共同籌措。 ALMA的建設和運營是由歐洲南天天文台代表歐洲，美國的國家電波天文台（NRAO）代表北美，以及日本的國立天文台（NAOJ）代表東亞。ALMA 天文臺聯合中心（JAO）統籌管理施工、試運轉和運作事宜 。

這篇論文『The rapidly evolving AGB star, V Hya: ALMA finds a multi-ring circus with high velocity outflow』，將發表在天文物理期刊Astrophysical Journal。

新聞稿原文：Hey DUDE: Mysterious Death of Carbon Star Plays Out Like Six-Ring Circus

https://public.nrao.edu/news/carbon-star-v-hydrae-death/

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中央研究院天文及天文物理研究所 黃柏盛博士

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