一颗恒星被黑洞吞噬的全过程（你身上绝大部分原子）

你可能想象不到，你身体内绝大部分原子，都来自于死亡的恒星。不光是你，还有我，以及地球上的所有人，我们曾经属于某一颗恒星的一部分。

我们知道，宇宙大爆炸后，物质并没有马上形成。那个时候，宇宙空间中只有各种基本粒子。后来，质子和电子结合，形成了氢，还有一小部分在强大的能量下，形成了氦，另外还有极少数锂。除此之外，宇宙中再没有任何其他的元素。正因为如此，在天文学上，除了氢和氦以外，其他的元素都被称作金属元素。

而其他更重的元素，则是在这些氢和氦坍缩成恒星之后才出现的。当恒星进入演化末期的时候，会出现三α过程，也就是三个氦原子核聚变形成碳原子核的过程。这些碳原子是有机分子的骨架，对于生命来说至关重要，因此备受科学家的关注。

这个过程目前被广泛认同，但是其中一些细节却还悬而未决。其中一个比较重要的问题就是：这些碳元素到底是死亡恒星的核心坍缩成白矮星时在外壳中被甩出去，还是在大质量恒星的末期就通过超新星爆发被炸出去了呢？

最近，意大利帕多瓦大学的保罗·马里戈（Paolo Marigo）领导的一个天文学家团队，在一个疏散星团中似乎找到了答案。

疏散星团，是几百或者几千颗恒星在相对较弱的引力作用下联系起来的恒星集合。其中的恒星形成于同一片分子云中，因此具有相似的年龄和演化过程。马里戈的团队正是借助夏威夷W. M. Keck天文台在2018年获得的观测数据，找到了银河系中5个分子云的一些白矮星，并利用光谱对其进行分析。恒星的光谱就像是它的身份证，可以告诉我们它的温度、化学成分、质量等等信息。

研究恒星的质量对于科学家来说至关重要，我们知道，恒星死亡后会留下怎样的遗骸，就取决于它们燃烧时的质量有多大。加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯（Enrico Ramirez-Ruiz）向我们解释说：“在对凯克望远镜的光谱数据进行分析后，就能测出白矮星的质量。根据恒星演化的理论，我们可以反演出它们燃烧时的模样及其诞生时的质量。”

很显然，如果一颗白矮星质量比较大，那么形成它的那颗恒星本身也就比较大。不过，由于大量的物质被抛射到宇宙空间，所以我们也只能大致估算原恒星的质量，这个质量和白矮星的质量就被称为是始-末质量关系（initial-final mass relation）。

我们知道，白矮星已经停止了内部的核聚变过程，不再有能量的产生，所以它在宇宙中会一直冷却下去，直到几十亿甚至上百亿年后变成一颗黑矮星。因此，只要我们知道一颗白矮星的质量、温度以及化学组成，就能推导出它的冷却速度。通过这个冷却速度，我们就能这颗白矮星的原恒星是在多久以前死亡的。

有了这个数据，一切就变得简单了。由于疏散星团中的恒星都有着相同的年龄，所以只要我们利用光谱检测到其他恒星的年龄，也就知道这颗白矮星的原恒星形成于多久以前。用这个时间减去刚才计算出来的原恒星死亡的时间，就是原恒星的生命长度，这就可以推算出原恒星的质量了。

我猜你现在已经懵了，所以咱们总结一下流程。假设某疏散星团中有两颗恒星A和B，其中B已经死亡变成了白矮星，那么它们经历的过程是这样的——

在求出m的数值之后，我们就能求出白矮星的原恒星质量了。

研究人员在确定了这个流程之后，将它应用在了已经在五个疏散星团中发现的一些白矮星上，尤其是那些质量在太阳1.5倍以上的白矮星。结果，研究人员惊奇地发现：这些白矮星的质量比原来预想的要高，他们把这个现象称为始-末质量关系异常。针对这个现象，马里戈等人将原因归结在了银河系中低质量恒星合成碳的过程。

具体来说，他们认为：原恒星在进入到演化末期的时候，核心处的氦开始聚变为碳。这些碳会一点点被运送到恒星的表面，然后被恒星风吹散到宇宙空间中，同时也会有其他燃料被送进核心区。由于这个过程非常缓慢，所以恒星获得了充分的时间，将更多物质送到核心区域，最终形成了比原先预想的要更重的白矮星。

通常来说，这个过程会出现在质量在太阳2倍以上的恒星中，而如果恒星质量小于太阳的1.5倍就不会出现这个情况了。

更重要的是，当研究人员对其他星系的这个过程进行观测时，也更好地理解碳元素是如何一点点弥散到整个银河系的。通过这样一系列的观测和分析，他们得出结论：银河系中的碳更有可能是来自于这些白矮星的原恒星。

正如我们前面所说，碳元素不仅对地球这样的岩石行星来说至关重要，也是生命出现的基础。了解碳元素如何出现和发展的，可以更好地理解宇宙的演化过程以及生命出现的机制。也许在未来寻找外星人的过程中，这次研究的成果也将具有一定的指导意义！