斯沃斯莫尔学院 信用:CC0公共领域 对行星状星云的观察揭示了异常的分子含量和令人惊讶的稀有同位素富集，挑战了化学模型和我们目前对恒星核合成的理解
亚利桑那大学的天文学家利用亚利桑那州射电天文台12米和亚毫米望远镜以及西班牙格拉纳达附近的IRAM 30米望远镜，在行星状星云中发现了意想不到的化学物质
黛博拉·施密特(现就职于斯沃斯莫尔学院)在美国天文学会第236届会议上提出的这些结果表明，行星状星云在为星际空间提供富含分子的物质方面发挥着至关重要的作用，而不仅仅是原子
此外，分子数据揭示了常见元素稀有同位素的异常富集，如碳、氧和氮，包括13C、15N和17O
行星状星云中这些不寻常同位素的高丰度不能用我们目前对大多数恒星死亡方式的理解来解释，这表明可能会发生额外的过程，甚至剧烈的爆炸
行星状星云代表垂死的类太阳恒星的最后喘息声
在它们生命的最后，这些恒星喷射出它们的外层，形成一个明亮的荧光外壳，从残余核心向外扩展
这种喷出物与存在于恒星之间的低密度物质混合在一起，被称为星际介质，在那里它可能随后被纳入新形成的恒星系统
退化的核心被称为白矮星，随着温度上升进入行星状星云阶段，它会发出大量的高能辐射
因此，长期以来人们认为星云物质的成分应该是元素的，恒星生命早期留下的任何分子都被白矮星的高能光子破坏了
与这些模型预测完全不同的是，施密特在亚利桑那大学的论文工作中进行的观察在超过25个行星状星云中发现了大量不寻常的分子物种
这些结果清楚地表明，分子是行星状星云成分的重要组成部分，它们随后可能会“污染”弥漫的星际介质
历史上，天文学家一直在努力解释在扩散气体中观察到的多原子分子的丰度，因为没有足够致密的材料在现实的时间尺度上创造它们
施密特等人的发现
为这个持续的困境提出了一个新的解决方案
对这些行星状星云的分子观察也提供了对发生在原始恒星中的核反应以及产生的元素和它们不同的核的独特见解
这是因为在无线电和毫米波长下的观测是以最高的光谱分辨率进行的，使得具有不同元素和同位素的分子能够被清楚地区分
例如，施密特和他的同事发现，他们发现的分子表明了原始恒星是否富含碳
此外，他们已经能够测量主要元素与其稀有形式之间的丰度比，如12C/13C或14N/15N
众所周知，这种比率是恒星死亡前在内部深处发生的过程的敏感探测器，并被用作测试恒星模型的少数“基准”之一
现在，它们第一次可以在行星状星云中被精确测量，给出恒星最后阶段的“快照”
观测揭示了行星状星云的什么？首先，大量的碳，以及13C的高丰度，在一个星云——K4 47中，15N和17O的含量大大提高——比宇宙中任何其他地方观察到的都高(施密特等人
2018)
在行星状星云中观察到的13C、15N和17O的高浓度还没有被垂死恒星的模型所预测
具体来说，施密特及其合作者认为，这些行星状星云的原始恒星在进行最后一次“喘息”时，可能经历了一次意想不到的事件——一次氦壳闪光，其中来自恒星深处的热碳被吹出到恒星表面
在发生的剧烈爆炸中，13C、15N和17O产生并从恒星中喷出
这样一个充满能量的过程也可以解释行星状星云典型的不寻常的两极和多极几何形状，赋予它们“沙漏”和“立体式”的形状
垂死的恒星也会产生尘埃颗粒
其中一些颗粒实际上已经进入了我们的太阳系，在那里，像合作者托马斯·泽加这样的研究人员从原始陨石中提取它们
元素同位素可以在这些所谓的“前火山”颗粒中测量，提供了它们历史的罗塞塔石碑
已经发现这些颗粒中的一些表现出一贯低的12C/13C、14N/15N和16O/17O比率，这对于宇宙化学家来说是一个难题，因为这些比率不能用正常的模型来解释
由于缺乏更好的解释，人们推测这些非典型颗粒起源于新星，一种发生在双星系统中低质量恒星残余表面的热核爆炸
然而，它们不同寻常的比率与K4-47中发现的比率相匹配，这表明行星状星云是它们真正的诞生地
行星状星云提供了星际空间中发现的大部分物质，随后导致了像我们这样的恒星系统
施密特及其同事的工作表明，这些物体包含隐藏的分子和元素同位素，在描绘它们的彩色图像中是不可见的
探索行星状星云这些新的、意想不到的方面对于我们理解恒星的历史和形成我们太阳系的物质的进化至关重要
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