哈勃爆炸性新聞：發現恆星的重生

天文學家藉助美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的哈勃太空望遠鏡（HST），已經能夠實時研究恆星的演化。在過去30年間，他們注意到恆星SAO 244567的（表面）溫度在急速上升。現在，他們發現它又變冷了，再次回復到恆星演化的早期階段（「重生」）。這使得它成為觀測到的首顆經歷過變熱變冷兩個過程的再生恆星。

哈勃拍攝的黃貂魚星雲，編號Hen 1357。大圖：101KB，版權：NASA、ESA，研究者團隊；下同。本圖由哈勃第二代廣域行星相機（WFPC2）拍攝於1992年，配色如下：487nm（納米）、502nm的藍光，藍；555nm、588nm的黃綠光，青；631nm、656nm的紅光（氫的H-α線），黃；658nm的紅光（氮電離線N[Ⅱ]），橙；673nm的紅光（硫電離線S[Ⅱ]），紅。圖像視場大小：0.12×0.12角分。

SAO 244567位於南天的天壇座，是Stingray Nebula（刺魟星雲，也譯為黃貂魚星雲，此前作為標準行星狀星雲對待）的中心恆星（圖中較亮的那顆），天球坐標：赤經17時16分21.07秒，赤緯-59°29′23.28″，離地球約2700光年。最近45年來，天文學界一直在觀測其演化。從1971年到2002年的短短30年間，其表面溫度躥升了4萬℃。現在，哈勃的宇宙起源光譜儀（COS）的新觀測顯示，它開始重新膨脹變冷。

雖然宇宙在不斷演化，但是絕大部分的過程實在太慢，在人的一生中根本看不出變化。但是，現在一個國際天文學家團隊發現了此規則的例外。研究報告首席作者、英國萊斯特大學兼德國Eberhard Karls大學的Nicole Reindl解說：「SAO 244567是一個極罕見的事例，讓我們得以目擊恆星的演化過程。僅僅過去30年，恆星的表面溫度就上升了2倍；而我們現在看到的外圍的刺魟星雲，很可能是被恆星電離的以前拋出的氣殼。」（從最後的視頻可知，上升幅度為4萬K，也就是4萬℃。足夠高的表面溫度才能產生大量的紫外線，電離氣殼發光。在1971年前，該星雲被稱為預行星狀星雲，因為氣體尚未發光，只是散射、反射星光。譯註）

雖然稱不上前所未見，這絕非尋常（注1）。SAO 244567的表面溫度快速上升，可以簡單解釋為初始質量約為3-4個太陽的恆星的後期演化；但是，其他觀測數據顯示其初始質量應該與太陽差不多。這類小質量恆星的演化時標通常極長，因此其在短短數十年間的溫度飆升就成了謎。

恆星光譜的對比，右圖為哈勃COS在2015年拍攝的光譜，黑實線是實際光譜，藍線、紅線分別對應5萬、6萬K的理論光譜。其中右方的硅電離線Si Ⅲ，在更高溫的2002、2006年中看不見。

退回2014年，Reindl和她的團隊成員，提出了一個假說以解釋SAO 244567這類小質量恆星的表面溫度快速上升問題。他們假設，溫度飆升是因為恆星的氦閃事件——恆星內核外的氦殼層發生的短暫而快速的聚變（注2）。

該假說非常清楚地預言了該恆星的未來：假如它真的經歷了氦閃事件，那麼中心恆星必定會（受熱）膨脹而再次變冷——它將再次回到以前觀測到的演化階段。這點正好被新觀測所證實。Reindl繼續解釋：「氦閃釋放的核能迫使已經相當緻密的恆星再次膨脹回紅巨星階段——所謂的重生方案。」

SAO 244567並非唯一處於該階段的恆星樣本，但是它是首個被觀測確認經歷了變熱和變冷階段的恆星。

當前的恆星演化模型還不能完全解釋這顆恆星的運行，故此Reindl煞費苦心地總結說：「我們還需要仔細分析SAO 244567演化中的某些神秘細節。這不但能幫助我們更好地理解這顆恆星本身，還能更深了解行星狀星雲的中央恆星的演變。」

不同質量恆星的後期演化示意圖，縱軸是表面溫度，單位千K。黑圈、黑點是實際觀測值，紅、粉紅、綠、藍點等表示不同實際質量的AGB星的理論演化（恆星從紅巨星縮小時，表面溫度會巨幅上升；顯然該恆星質量在0.53-0.56太陽質量之間）；下方的藍色橫線是0.50個太陽質量的紅矮星（表面溫度僅為2500℃，圖中表示為2750K）。

在天文學家發展出更多的恆星演化的細化模型前，這顆恆星的演化，仍將是個謎。

團隊研究報告發表在最新的（英國）《皇家天文學會月刊》（MNRAS）上，標題：「哈勃爆炸性新聞：刺魟星雲的中央恆星重新回到漸進巨星分支階段」 。

附註

1、已發現經歷過氦閃事件的另一例恆星是天箭座FG，它位於不出名的天箭座中，是一顆超巨星（外圍有類似的氣殼）；SAO 244567因此是第二例。另外，處於所謂重生階段的恆星案例還有人馬座（兩個星座的英文名很像）的櫻井天體（類似於本例，原先當做行星狀星雲中心的白矮星）。

說明中心恆星變化的視頻截圖，視頻中1971年的爆閃就是氦閃。圖中最左邊標識的是溫度，中間標識的是半徑（與太陽比），右方標識的是年。大圖：10.8MB，視頻鏈接：44MB。

2、氦閃事件在恆星演化中也稱為晚期熱脈衝（LTP），發生在大約25%的小到中等質量恆星的晚期。隨著它們離開以核心氫聚變支撐的主星序並進入以氦聚變支持的紅巨星階段，恆星將發生劇烈膨脹。該過程中恆星的化學組成和物理特性都將發生各種改變。紅巨星階段以核心大部分的氦變成碳和氧結束，恆星從外到內，變成氫、氦、碳氧等多層結構。核心外的氦殼層的聚變，很快就會因密度不夠而中止。接著恆星因沒有足夠能量支持外殼而開始收縮，收縮後，首先點燃了核心外層的氫，當足夠的氫聚變為氦，氦殼層突然再次聚變，短時間釋放的大量能量使得恆星又一次膨脹、變冷但卻短暫地變亮。這個熱脈衝階段會多次發生，每一次都會導致最外層的氣殼脫離恆星引力控制，而內核在一次次收縮中逐漸變成白矮星（內核沒有足夠高的溫度來點燃碳聚變，也沒有其他產能手段來對抗引力）。這個階段的恆星，在赫羅圖上處於漸進巨星分支，簡稱AGB。

參與研究的其他團隊成員包括：德國Eberhard Karls大學的T. Rauch、K. Werner，德國波茨坦大學的H. Todt，阿根廷拉普拉塔國立大學研究理事會（UNLP-CONICET）的M. M. Miller Bertolami等。

原文標題：Astronomers observe star reborn in a flash

原文作者：Nicole Reindl；Mathias J?ger

來自：歐洲哈勃信息中心

翻譯：gohomeman1

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