發現大質量恆星的瘦身秘密  

中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2023年1月18日

大質量恆星泛指比太陽重十倍以上的恆星，它們可以放出強大的紫外線，游離星際介質的氣體，最終形成壯烈的超新星爆炸，釋放出生命誕生所需要的元素。因此，大質量恆星對宇宙演化與生命誕生有相當重要的影響。決定恆星演化最重要的物理參數是質量，但是由於恆星會吹出恆星風，將表面物質帶走，所以恆星的質量會隨著演化而逐漸流失。了解恆星質量散失的機制，有助於全面認識恆星的演化。

由中研院天文所歐柏昇博士生與陳科榮助研究員所領導的研究團隊，在恆星質量散失理論上有重大的新發現，研究成果刊載於最新一期的《天文物理期刊》上。論文第一作者歐柏昇利用2000組精密的恆星演化模型，探討大質量恆星質量散失與其金屬豐度的關係。從這批模型中，研究團隊意外發現「臨界金屬豐度（critical metallicity）」的存在！ 大質量恆星的金屬豐度只要高於此臨界值（～0.1太陽金屬豐度），在核心的氫燃燒殆盡之後，這顆恆星可以演化為紅超巨星，亦即膨脹成半徑比太陽大了約1000倍的低溫星球。在紅超巨星階段，星球可產生塵埃驅動的冷恆星風，造成大量的質量散失。反之，若低於臨界金屬豐度，恆星則無法膨脹成紅超巨星，終其一生只有微小的質量散失。靠近此臨界豐度的恆星，質量散失有非常劇烈的變化，類似物質的相轉變（例如水變成冰）。

歐柏昇解釋：「我們從兩千組模型之中，意外發現兩種截然不同的恆星演化行為，表示早期宇宙與當今宇宙的恆星質量散失可能有極大的差異。」

陳科榮則認為：「大質量恆星的臨界金屬豐度存在與否在天文物理界一直極具爭議性，本研究首度證實臨界金屬豐度的存在並確認其值，這個發現將改寫我們對大質量恆星演化的知識，並對天文物理產生革命性的影響。」

早期宇宙的金屬含量非常稀少，恆星的金屬豐度很可能低於臨界金屬豐度。根據此項研究預測，早期宇宙的大質量恆星可能只有相當微小的質量散失，與當今的宇宙差異甚大。質量散失的結果，可進而影響大質量恆星的演化及其超新星爆炸，因此臨界金屬豐度的發現，讓我們必須重新審視過去的大質量恆星模型與其反饋效應，對恆星與星系物理有深遠的影響。

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本篇論文發表於2023年2月10日出版的天文物理期刊（Astrophysical Journal），篇名：Critical Metallicity of Cool Supergiant Formation. I. Effects on Stellar Mass Loss and Feedback

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中央研究院天文及天文物理研究所助研究員陳科榮，Email: kjchen@asiaa.sinica.edu.tw Tel: (02)2366-5457