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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6月12日
大質量恆星泛指比太陽重十倍以上的恆星。它們能釋放出強大的紫外線，游離星際介質中的氣體，最終以壯烈的超新星爆炸產生生命所需的元素。這些大質量恆星對宇宙演化和生命誕生有相當重要的影響。然而，模擬和觀測的證據顯示，大質量恆星常偏好以雙星的方式存在。此外，這些雙星在演化過程中經常相互影響，形成互動式的雙星系統。許多高能天文現象，如黑洞對撞和超新星爆炸，都需要雙星的互動機制來解釋。
由中研院天文所蔡松翰博士生和陳科榮助研究員領導的國際研究團隊，在雙星演化理論方面取得重大的新發現，成果發表在最新一期的天文物理期刊上。團隊利用精密的恆星演化模型探討了大質量雙星的金屬豐度和質量間的關係。首先，他們發現金屬豐度的增加會增強兩顆恆星的相互作用機率。雙星的相互作用完全改變了原本兩顆恆星的演化進程，並且影響它們最終的超新星爆炸和元素釋放過程，使其表現出與孤立恆星截然不同的結果。此外，相互作用還增強了恆星釋放的高能輻射，對早期宇宙的演化具有重要影響。陳科榮認為：「本研究首度探討早期宇宙的大質量雙星演化與輻射效應，並進一步揭示雙星互動對於恆星演化的重要性。這結果將讓我們重新審視大質量恆星演化、超新星爆炸及相應的星際反饋效應，對天文物理產生深遠的影響。」
論文第一作者蔡松翰則表示：「透過比較六百組雙星及對應單星的演化模型，我們發現兩者之間的游離輻射能力有著明顯的差異。此外，雙星之間的相互作用可以在短時間內導致不可忽視的高能光子增加。這些發現對當前的宇宙學模型具有重要意義。」
在藝術家眼中，雙星系統的互動呈現如上圖：當大質量雙星開始相互作用時，質量較大的恆星會將部分質量轉移給質量較小的伴星。這種質量轉移過程大約需要幾萬到幾十萬年的時間，相對於恆星的壽命來說非常短暫。在此之後，兩顆恆星的演化過程也將出現重大變化。圖片來源：ESO/M. Kornmesser / S.E. de Mink
大質量雙星的交互作用對輻射效應產生了重要影響。由於交互作用的增強，使得游離輻射的強度增加，進而在星際介質中形成巨大的游離區域。這些游離區域在天文觀測中對於判別恆星數量和質量有重要作用。圖片來源：陳科榮/ESO
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本篇論文發表於2023年7月5日出版的天文物理期刊（Astrophysical Journal），篇名：The Evolution of Population III and Extremely Metal-Poor Binary Stars
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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
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