我们生活在太空中的巨大核聚变反应堆附近，这个反应堆为我们提供光和热，同时也负责生成比氢更重的元素，这对所有恒星来说都是相同的过程。那么，我们怎么知道恒星实际上是元素的制造工厂呢？答案隐藏在恒星发出的光谱中，因为光谱中带有恒星制造出的各种元素的“指纹”。
关于碳和氧生成的线索，长期以来一直藏在专门观测附近恒星及其行星的数据中。这些恒星通常被认为是寻找系外行星的理想目标。荷兰莱顿大学天文学家达里奥·冈萨雷斯·皮科斯和团队通过研究这些恒星的高分辨率光谱，成功寻找到了碳和氧的稀有同位素，从而揭示了恒星内部的化学演化情况。
研究团队聚焦于32颗M型红矮星，这类恒星在银河系中最为常见，并且寿命极长。在恒星的主序阶段，它们核心的元素融合活动持续进行，其大气层保存了从诞生到现在的化学演化痕迹。通过观察这些恒星，科学家们发现了罕见的碳和氧同位素，这为理解元素形成及恒星演化过程提供了重要线索。
碳和氧在宇宙中非常丰富。我们自身是碳基生命，而地球上的所有生命同样以碳为基础。氧气是我们呼吸的必需，而地球上氧气的来源也与生命活动密切相关。因此，理解恒星中这些元素的生成过程，有助于揭示我们自身及地球的起源。
恒星核聚变是元素合成的起点。太阳通过融合氢生成氦，并在数十亿年内持续进行。当核心氢耗尽时，恒星开始将氦融合为更重的元素，如碳和氧。恒星演化为红巨星后，会通过强烈的恒星风将这些元素释放到太空中。比太阳更大质量的恒星在超新星爆炸时会产生更重的元素。可以说，恒星是宇宙的“元素回收厂”，通过不断释放物质，丰富它们所在星系的化学组成，为新恒星和行星的形成提供原料。恒星的光记录了这一切，通过新元素留下的化学指纹向我们讲述它们的故事。
冈萨雷斯·皮科斯与伊格纳斯·斯内伦、萨姆·德雷格特合作，利用恒星光谱中的碳和氧同位素追踪化学指纹。这些同位素的差异在于原子中子数的不同。例如，地球上99%的碳原子有6个中子，而极少部分为7个中子。研究团队以前所未有的精度测量了32颗附近恒星中的碳氧同位素比值，数据来自夏威夷毛纳凯亚的加拿大-法国夏威夷望远镜档案，选取的恒星温度在3000至3900开尔文之间，并显示出较高金属含量。
研究发现，化学富集度低于太阳的恒星，其次要同位素含量也更少，这验证了银河化学演化模型的预测，也为研究宇宙化学时钟提供了新工具。斯内伦指出，这些光谱最初是为行星探测而采集，但通过达里奥的创意，竟成功用于恒星同位素研究，并取得显著成果。
冈萨雷斯·皮科斯强调，这种研究让我们可以通过恒星化学来追踪宇宙演化，也让我们更清楚地理解自身起源及在漫长天体物理事件链中的位置，以及为什么我们的世界呈现如今的样貌。
来源：universetoday（编译 / 整理：olaola）
图片来源：NASA/沃尔特·费默提供