天文學家首次在漸近巨星分支恆星旁發現鐵塵包層

羅馬第三大學（Roma Tre University）與西班牙加納利天體物理研究所（Instituto de Astrofísica de Canarias，簡稱 IAC）等機構的研究人員在大麥哲倫星系（Large Magellanic Cloud，簡稱 LMC）中發現一群極貧金屬星（very poor-metal star），而且這些恆星周圍還環繞著含鐵量極高的鐵塵。這項發現是結合了有關恆星拱星盤中塵埃形成的理論模型預測，以及史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）的紅外波段觀測結果而得出。

質量介在一至八倍太陽質量的恆星在結束生命之前，會沿著赫羅圖（H-R diagram）上的漸近巨星分支（asymptotic giant branch，簡稱 AGB）演化，最後形成白矮星。在這個變動快速的關鍵階段，恆星會經歷體積膨脹、表面溫度降低，且會隨強烈恆星風而流失很多質量，最後因低溫環境和高密度恆星風，使恆星周圍的包層（envelope）成為塵粒凝聚的理想環境。

這些處在漸近巨星分支階段的巨星所製造的塵埃逐漸逸散在星際介質中，成為新一代恆星及行星的製作原料，因此這個過程對其所在星系的演化影響深遠，而這也是為何天文學家現在對於鑑別塵埃的類型（例如固態的有機質或非有機質），以及確認這類巨星能製造多少塵埃非常感興趣。

將史匹哲紅外觀測資料與理論模型比對之後，這些研究學者發現這群大質量漸近巨星分支的質量大約在五倍太陽質量左右，約在一億年前形成，且極度缺乏鐵、鎂和矽等重元素（天文上稱為金屬元素）。然而出乎預料的，他們發現這些漸近巨星分支的紅外光譜能量分布狀況，僅能以恆星周圍包層中的塵埃主要是鐵塵來解釋。這個現象在一般大質量漸近巨星分支恆星周圍並不普遍，因為漸近巨星分支恆星產生的塵埃主要是矽酸鹽類。所以有大量的塵埃是富含氧、矽和鎂等成分。但若考慮這群大麥哲倫星系中發現的漸近巨星分支是在重元素極度貧乏的環境中誕生的，那麼，這個鐵塵包層的發現，就更令這些天文學家意外。

事實上，這是天文學家們第一次發現這樣的恆星：在貧金屬環境中的大質量漸近巨星分支恆星內部的核融合反應相當複雜，會將幾乎所有鎂和氧投入核融合反應中，而這些成分是形成如矽酸鹽之類的其他類型塵埃的主要成分。因此在這樣特殊的貧金屬環境中，鐵塵將成為塵埃的主要成分。這個狀況其實在過去其他個別觀測證據中也曾被提及，結果則是直接確認這個觀點是對的。這些天文學家寄望未來韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）正式運作之後，能對這個課題有更深入的研究和瞭解。

【圖、文：節錄自台北天文館之網路天文館網頁】