恒星的演化随着内部核合成的深入（向更重元素方向进行），整个恒星呈现富碳特性（整个恒星呈现碳元素多于氧元素的元素比例特性）。由于碳元素在宇宙中较为富集（富碳特性的类太阳恒星比例高于富氧特性的类太阳恒星），使得和地球一样存在有机生命的行星，多数都以碳元素作为材料来构建生命形式——碳基生命。而在宇宙中有这么一类特殊的、演化到晚期的恒星：硅酸盐碳星。它的中央星呈现富碳特性，而星周包层中却呈现富氧的反常特性。硅酸盐碳星对传统单恒星演化理论提出了挑战，展开此类调查有助于我们进一步完善对恒星演化细节的认识。
近日，我院陈曦教授课题组利用上海天马65米望远镜、紫金山天文台德里哈观测站13.7米毫米波望远镜和日本国立天文台45m Nobeyama 望远镜，对截至目前为止最新硅酸盐碳星样本的多分子进行了探测。课题组给出这类恒星可能是由于双星演化导致了这种特殊的中央星和星周包层化学性质相异的演化结果（图1），并对其中两种富氧分子（有甲醛探测的源没有探测到水脉泽，探测到水脉泽的源没有探测到甲醛分子）探测的对立关系给出了演化上的解释。该工作于2020年2月正式发表在天文学权威期刊《天体物理学杂志》（ApJ）上，第一作者为天文专业2017级研究生赵漳。
相比于传统方法，例如使用水、一氧化硅、羟基等脉泽作为探针，该探测创新性地使用了在宇宙中广泛存在的甲醛作为探针对硅酸盐碳星进行了探测。过去有较多在恒星形成区中使用甲醛作为探针的探测，但在晚型星中使用该探针的性质我们并不了解，这让使用甲醛分子作为探针在硅酸盐碳星中进行搜寻成为很有意义的工作。
图1：传统的理论认为恒星演化到晚期是由于星风会把大量的物质吹散到恒星周围形成厚厚的包层（左图），被中央星的紫外线和可见光加热。在红外波段表现为明亮的红外辐射，这也是为什么晚型星多呈现红色的原因。传统的单星演化模型认为星周包层中来自中央星的物质应该和中央星的化学性质相同或者近似，而目前更为主流的是以双星演化为模型的硅酸盐碳星中包层和中央星化学性质相异的特征。
双星演化模型（右图）：图（a）当恒星富含 O 时，一部分质量亏损被捕获在伴星周围的圆盘中。图（b）中央恒星演变成富含碳的物质，并降低了质量损失率。伴星盘中的硅酸盐尘埃被中央恒星的辐射压逐渐吹散，形成观测中在这类星周围发现的硅酸盐发射特征。
（左图来源于本文作者制作，右图 Ziurys et al. 2006, 103(33) : 12274 – 12279）
基于此，陈曦教授课题组利用天马望65米远镜、德令哈观测站13.7米望远镜对28颗样本源进行了甲醛、12CO、13CO、C18O、HCN、HCO+的探测，发现了7颗样本源拥有甲醛吸收信号。并且其中的6个样本源都表现出明显的双峰谱型轮廓，以IRAS 23138+6204为例（图2），双峰轮廓都有非常好的速度对应。而且示踪较为靠近恒星表面的HCO+也有速度对应的双峰轮廓，这是证实存在双星系统非常有利的证据，较高的探测率（6/7）也表明这种双星演化的机制在硅酸盐碳星中是较为普遍的存在，由这些样本源的双峰速度间隔（
）还可以估算出双星旋转速度在
。
图2：使用天马望远镜探测 H2CO，使用德令哈13.7m探测 12CO (J=1 0)、13CO (J=1 0)、 C18O （J=1 0）、HCO+（J=1 0）和 HCN（J=1 0）。红色的虚线标记了各个信号峰值的多普勒位置。其中使用 GILDAS/CLASS 软件包进行过“smooth”（汉宁平滑）的谱线信号及平滑后的分辨率都用红色字母标识出来。
利用IRAS红外数据对甲醇分子和水脉泽在探测上的对立关系（有水脉泽的硅酸盐碳星中没有探测到甲醛，探测到甲醛的硅酸盐碳星没有探测到水脉泽）进行分析，如图3。结合甲醇存在环境的特征（物质密度较低、激发温度较低和水脉泽存在于高密度、需要较高温度的环境等）得出：甲醛探测源可能示踪了硅酸盐碳星较晚演化阶段的、较为延展的星周包层，而水脉泽探测源可能对应较早演化阶段，对包层中较为稠密的部分更为敏感。因此，这两种分子示踪的天体在研究和理解硅酸盐碳星的性质方面是互补的。
图3：IRAS[25]-[60]和[12]-[25]针对有 H2CO、H2O maser探测的双色图。探测到 H2CO的源使用红色圆点表示，有 H2O maser 探测的使用蓝色三角表示。黑色虚线的分隔区域是Veen和Habing（1988）使用IRAS定义的晚型星演化分类，黑色实线表示黑体辐射。图中可以看到甲醛探测源和水脉泽探测源有着明显的演化上的区分，甲醛探测源多位于VIa和VIb等更晚的演化阶段，而水脉泽源则多位于IIIa等较早的演化阶段。
论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab6594
科学联系人：
陈曦，广州大学，chenxi@gzhu.edu.cn
赵漳，广州大学，zzhao@gzhu.edu.cn
供稿：赵漳 编辑：研究生会 徐子雯
