这是一幅距离太阳约8光年的红矮星的艺术概念图。图片来源：美国国家航空航天局沃尔特费默

我们生活在太空中一座核聚变反应堆附近，这座反应堆为我们提供了所有的光和热。这座反应堆也是比氢更重的各种元素得以形成的原因，所有恒星都是如此。那么，我们是如何知道恒星是元素的制造者呢？许多线索都隐藏在恒星光谱中，因为它们包含着恒星烹制出的各种元素的特征。

关于碳和氧形成的线索尤其在多年来寻找附近恒星周围行星的数据集里隐藏了很久。天文学家认为这类恒星可能是寻找系外行星的地方。多亏了荷兰莱顿大学天文学家达里奥冈萨雷斯皮科斯的一个灵感，他和研究团队对附近恒星的高分辨率光谱进行了分析，以寻找这两种元素的稀有同位素。

团队研究了32颗M型矮星，这类恒星是银河系中最常见的恒星之一。它们在主序星阶段的寿命很长，主序星阶段是恒星核心进行元素聚变的时期。这些恒星的大气保留了从诞生到当前状态的化学演化特征。研究中的恒星含有碳和氧的稀有同位素，这为了解它们的演化过程提供了线索。该团队的研究成果标志着在理解元素形成以及它们如何作为恒星演化的一部分被分散方面向前迈进了一步。

元素的恒星播撒

碳和氧在宇宙中含量非常丰富。我们是碳基生命形式，地球上所有生命也都是如此，地球本身的构成中也含有碳。我们呼吸的氧气是由地球上其他生命形式产生的。因此，很自然会想知道这两种元素是如何在恒星演化过程中形成的。这意味着我们还需要理解恒星中元素形成过程的复杂性。

恒星中的核聚变是一个复杂的过程，也是化学演化的起点，领导这项研究的莱顿大学的达里奥冈萨雷斯皮科斯说。这个过程被称为恒星核合成，所有恒星都会进行这一过程。比如我们的太阳，它将氢融合成氦，这种状态还会持续几十亿年。之后，它的核心会耗尽氢，开始将氦融合成更重的元素，比如碳和氧的同位素。届时，它会变成一颗红色的恒星，通过强风将其元素吹向太空。比太阳质量大得多的恒星也会经历同样的过程，但它们在爆发成超新星时会产生更重的元素。

本质上，恒星是宏大宇宙循环工程的一部分，它们为星系提供物质以形成新的恒星和行星。它们的光线通过新元素形成时留下的化学指纹，承载着它们所经历的一切历史。

寻找罕见的指纹

冈萨雷斯皮科斯与伊格纳斯斯内伦以及萨姆德雷赫特合作，利用碳和氧的同位素来检测和解读星光中的化学指纹。这些同位素是这些元素的不同变体，其原子中的中子数存在差异。例如，在地球上，99%的碳原子含有6个中子，但有一小部分含有7个。该团队以史无前例的精度成功测量了32颗邻近恒星中碳和氧的同位素比值。他们的做法是筛选来自夏威夷莫纳克亚山上加拿大法国夏威夷望远镜的数据档案。这些数据包含有效温度在3000至3900开尔文之间的恒星，且这些恒星显示出较重元素的强烈信号（即它们的大气中金属丰度较高）。

红矮星中同位素的艺术家印象图。图片来源：库塔伊纳兹利

我们现在发现，比太阳化学元素丰度低的恒星所含的这些次要同位素更少。德雷赫特说，这一发现证实了一些银河系化学演化模型的预测，并且为回溯宇宙的化学演化历程提供了一种新手段。

斯内伦说：最初进行这些观测的原因与我们现在使用它们的原因截然不同。利用原本用于寻找行星的高分辨率光谱进行这项同位素研究，这完全是达里奥的想法——结果十分显著。

正如冈萨雷斯皮科斯所指出的，其结果是利用恒星化学来追踪宇宙中其他类型演化的另一种方式。这个宇宙侦探故事归根结底关乎我们自身的起源，它帮助我们理解在一长串天体物理事件中我们所处的位置，以及为什么我们的世界是现在这个样子，他说道。

如需更多信息

邻近恒星中的稀有同位素为碳和氧的起源提供了新见解

附近M型矮星稀有同位素中的化学演化印记

附近M型矮星稀有同位素中的化学演化印记（arXiv预印本）

BY: Carolyn Collins Petersen

FY: AI