基本介紹
漸近巨星支 - 漸近巨星分支的恆星演化,關於AGB的另一種聲音,
漸近巨星支 - 漸近巨星分支的恆星演化
(1)當一顆恆星 耗盡在 核心進行 核聚變反應提供能量的 氫, 核心就會 收縮並且 使溫度升高,造成恆星的 外層膨脹和變冷,同時恆星的 亮度會逐漸增加而 成為一顆 紅巨星,導致在 赫羅圖上移動的軌跡移動至右上角。(橙色的線)
(2)最後,核心的溫度一旦達到3×10K, 氦便會開始 燃燒。氦在核心的燃燒 終止了恆星 表面溫度的下降,並使亮度增加,因此恆星在 赫羅圖上的位置改為 向左邊移動,這是一個水平分支(對第二星族)或是紅群聚(對第一星族)。
(3)當 核心的氦燃燒結束之後,恆星在 赫羅圖上又將轉向右並且向上移動, 移動的路徑幾乎與早先成為紅巨星的路徑並列,因此 稱為漸近巨星分支。在這個演化階段的恆星稱為AGB恆星。
(2)最後,核心的溫度一旦達到3×10K, 氦便會開始 燃燒。氦在核心的燃燒 終止了恆星 表面溫度的下降,並使亮度增加,因此恆星在 赫羅圖上的位置改為 向左邊移動,這是一個水平分支(對第二星族)或是紅群聚(對第一星族)。
(3)當 核心的氦燃燒結束之後,恆星在 赫羅圖上又將轉向右並且向上移動, 移動的路徑幾乎與早先成為紅巨星的路徑並列,因此 稱為漸近巨星分支。在這個演化階段的恆星稱為AGB恆星。
AGB的階段
AGB的階段可以 分為二個部分,早期AGB(E-AGB)和熱脹縮AGB(TP-AGB)。
(1) 在 E-AGB 的階段, 主要的能源來自於環繞在幾乎都是碳和氧核心周圍的 氦殼層的燃燒。在這個階段的恆星也 將膨脹至巨大的體積而 成為紅巨星,直徑將達到 1 天文單位(1天文距離單位(AU)=1.495978707×10^11米(億)= 149,600,000公里= 92,960,000英里= 490,800,000,000英尺)。
(2)在 氦殼層的 燃燒結束之後, 成為 TP-AGB 恆星。現在,恆星的能 量來自外層更薄的氫殼層的燃燒,而 其內是不具活性的 氦殼層。但是,在 之後的10,000至100,000 年階段, 氦層 會再度燃燒,而氫的燃燒會停止,這個過程 稱為氦閃,或是熱脈動。由於這種脈動,只能持續數千年, 材料從核心混雜入外面的殼層,改變了恆星的成分,因此 稱為上翻。 由於這樣的 上翻過程, AGB 恆星在 光譜中可能顯示S-過程的元素(如 C(α,n)O可能發生,作為s過程的中子源)。在之後的上翻則可能導致碳星的形成
AGB恆星是典型的長周期變星,並且以恆星風的形式損失大量的質量,在 AGB 階段的恆星 可以流失 50% 至70% 的質量。
AGB恆星的星周包層
AGB恆星大 量的流失質量,意味著這種恆星 有著大量的 星周包層 (CSE) 環繞著。假定AGB恆星的生命期平均是一百萬年,同時物質外流的速度是10公里/秒,估計它的 最大半徑可以達到3× 10千米(30光年)。這是一個最大的數值,因為恆星風中的物質在如此大的半徑上會和星際物質混合,並且還假設了星際氣體和恆星之間沒有速度上的差異。大多數令人感興趣的動力學都發生在很靠近恆星,恆星風的發出和質量的損失率都要在此處確定。但是, 星周包層較外面層次呈現出有趣的化學過程,並且由於它的尺度大小和較低的光深度都使 觀測很容易進行。
星周包層的溫度是由氣體和塵埃被加熱和冷卻的性質來決定的,但是在半徑上的距離會下降至2000–3000 K的光球層。由Kemper (2000)建議的AGB恆星星周包層外圍的化學圖形如下:
(1)光球層:區域性的熱力學平衡化學;
(2)脈動的恆星包層:動盪的化學;
(3)塵埃形成區;
(4)化學的平靜;
(5)星際間的紫外線輻射和分子的光致蛻變-複雜的化學。
因為初始條件的差異,此時恆星會二分為富氧星或富碳星。在塵埃形成帶內有難熔金屬(鐵、矽、鎂等)會從氣體狀態中結成為塵埃顆粒,新形成的塵埃將立即加入表面的活動。來自AGB恆星的恆星風是宇宙塵形成的場所,相信是宇宙中的塵埃的主要來源。
AGB恆星的恆星風往往也是脈澤發射的場所,脈澤發射的分子有SiO、H2O、and OH。
當這些恆星幾乎失去了絕大部分的外殼之後,殘留的只有核心的部分,它們會進一步變成短生命的前行星星雲。AGB恆星外殼的最後結局被認為是行星狀星雲(PNe)。
(1) 在 E-AGB 的階段, 主要的能源來自於環繞在幾乎都是碳和氧核心周圍的 氦殼層的燃燒。在這個階段的恆星也 將膨脹至巨大的體積而 成為紅巨星,直徑將達到 1 天文單位(1天文距離單位(AU)=1.495978707×10^11米(億)= 149,600,000公里= 92,960,000英里= 490,800,000,000英尺)。
(2)在 氦殼層的 燃燒結束之後, 成為 TP-AGB 恆星。現在,恆星的能 量來自外層更薄的氫殼層的燃燒,而 其內是不具活性的 氦殼層。但是,在 之後的10,000至100,000 年階段, 氦層 會再度燃燒,而氫的燃燒會停止,這個過程 稱為氦閃,或是熱脈動。由於這種脈動,只能持續數千年, 材料從核心混雜入外面的殼層,改變了恆星的成分,因此 稱為上翻。 由於這樣的 上翻過程, AGB 恆星在 光譜中可能顯示S-過程的元素(如 C(α,n)O可能發生,作為s過程的中子源)。在之後的上翻則可能導致碳星的形成
AGB恆星是典型的長周期變星,並且以恆星風的形式損失大量的質量,在 AGB 階段的恆星 可以流失 50% 至70% 的質量。
AGB恆星的星周包層
AGB恆星大 量的流失質量,意味著這種恆星 有著大量的 星周包層 (CSE) 環繞著。假定AGB恆星的生命期平均是一百萬年,同時物質外流的速度是10公里/秒,估計它的 最大半徑可以達到3× 10千米(30光年)。這是一個最大的數值,因為恆星風中的物質在如此大的半徑上會和星際物質混合,並且還假設了星際氣體和恆星之間沒有速度上的差異。大多數令人感興趣的動力學都發生在很靠近恆星,恆星風的發出和質量的損失率都要在此處確定。但是, 星周包層較外面層次呈現出有趣的化學過程,並且由於它的尺度大小和較低的光深度都使 觀測很容易進行。
星周包層的溫度是由氣體和塵埃被加熱和冷卻的性質來決定的,但是在半徑上的距離會下降至2000–3000 K的光球層。由Kemper (2000)建議的AGB恆星星周包層外圍的化學圖形如下:
(1)光球層:區域性的熱力學平衡化學;
(2)脈動的恆星包層:動盪的化學;
(3)塵埃形成區;
(4)化學的平靜;
(5)星際間的紫外線輻射和分子的光致蛻變-複雜的化學。
因為初始條件的差異,此時恆星會二分為富氧星或富碳星。在塵埃形成帶內有難熔金屬(鐵、矽、鎂等)會從氣體狀態中結成為塵埃顆粒,新形成的塵埃將立即加入表面的活動。來自AGB恆星的恆星風是宇宙塵形成的場所,相信是宇宙中的塵埃的主要來源。
AGB恆星的恆星風往往也是脈澤發射的場所,脈澤發射的分子有SiO、H2O、and OH。
當這些恆星幾乎失去了絕大部分的外殼之後,殘留的只有核心的部分,它們會進一步變成短生命的前行星星雲。AGB恆星外殼的最後結局被認為是行星狀星雲(PNe)。
關於AGB的另一種聲音
但是,澳大利亞莫納什大學天體物理中心的恆星理論專家西蒙·坎貝爾(Simon Campbell)在翻查舊文獻的時候發現,有人提出過一些非常有趣的觀點,認為一些恆星不知為何或許不會遵循“規則”,可能會完全跳過AGB階段。
“對於一名研究恆星模型的科學家來說,這個提議簡直就是瘋了!按照我們的模型,所有恆星都要經歷AGB階段,”坎貝爾說,“我再三檢查了所有以前的研究,卻發現這個觀點沒有被認真地調查過。儘管幾乎沒有任何觀測經驗,我還是決定要親自來研究一番。”
坎貝爾及其團隊利用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡,非常仔細地研究了位於南天孔雀座中球狀星團NGC 6752中的恆星發出的星光。這一大團古老的恆星中,既有第一代恆星,又有後來形成的第二代恆星。這兩代恆星可以通過它們所含的鈉的數量來加以區分,而鈉的含量是VLT可以通過觀測測量出來的。
“VLT上的多目標高解析度攝譜儀FLAMES,是唯一能夠讓我們一次獲取130顆恆星的高質量數據的設備,”坎貝爾補充說,“它讓我們能夠一次就觀測到這個球狀星團中很大的一部分。”
結果出人意料——他們觀測到的所有處於AGB階段的恆星都是鈉含量較低的第一代恆星,根本沒有一顆鈉含量較高的第二代恆星變成AGB恆星。多達70%的恆星沒有經歷最終的核聚變燃燒和質量損失階段。
坎貝爾總結說,“恆星似乎需要‘攝入’較少的鈉,才能在老年時進入AGB階段。這項觀測的重要性有以下幾點。這些恆星都是球狀星團中最明亮的恆星——因此最明亮恆星的數量會比理論預言的數量減少70%。這還意味著,我們關於恆星的計算機模型是不完整的,必須加以修正!”