一项针对红巨星R Doradus的最新观测正在改写教科书。瑞典查尔姆斯理工大学的天文学家发现，恒星向宇宙空间播撒生命所需元素的方式，可能跟我们想象的完全不同。长期以来被认为是恒星风主要驱动力的星光辐射压，竟然力量不够。
距离地球约180光年的R Doradus，是一颗典型的渐近巨星分支恒星，质量与太阳相仿但已走到生命尽头。这类恒星每年通过强烈的星风向太空抛洒大量物质，其中包含碳、氧、氮等生命必需元素。几十年来，天文学界普遍认为这些星风的形成机制很简单：恒星大气中凝结出尘埃颗粒，星光像太阳帆一样推动它们加速逃离，尘埃又拖拽着气体一起向外飞驰。
微小尘埃揭开真相
利用位于智利的欧洲南方天文台甚大望远镜上的Sphere仪器，研究团队对R Doradus周围的尘埃进行了前所未有的精密测量。他们观察不同波长的偏振光如何被尘埃反射，从而确定颗粒的大小和成分。结果令人意外：这些尘埃颗粒异常微小，直径通常只有万分之一毫米左右。
一颗巨型恒星刚刚证明，星尘和星光不足以提供宇宙风所需的能量，而宇宙风正是孕育生命的源泉。图片来源：AI/ScienceDaily.com
这个尺寸引发了问题。研究负责人之一蒂博·希尔默解释说，他们首次能够进行严格测试，检验星光是否能给予尘埃颗粒足够的推动力。答案是否定的。如此微小的颗粒无法从星光中获得足够的动量来克服恒星引力，单靠辐射压根本无法驱动观测到的强劲星风。
尘埃确实存在，恒星也确实在照亮它们，但这套组合产生的力量远远不够。研究团队将观测数据与先进的计算机模拟相结合，模拟星光与尘埃粒子的相互作用过程，反复验证了这一结论。发表在《天文学与天体物理学》杂志上的研究论文指出，R Doradus每十年损失的质量相当于地球质量的三分之一，而某些类似恒星的质量损失率甚至高出数百倍。仅靠星光推尘埃的传统理论，无法解释如此剧烈的物质外流。
新假说浮出水面
既然经典模型失效了，天文学家把目光转向其他可能的驱动机制。此前利用阿塔卡马大型毫米波阵列望远镜对R Doradus的观测显示，这颗恒星表面存在巨大的对流气泡在上升和下沉，就像一锅剧烈沸腾的水。
研究合著者、查尔姆斯理工大学教授沃特·弗莱明斯认为，恒星内部的巨型对流运动可能起到了关键作用。这些对流气泡能将物质从恒星深处带到表面，产生强大的冲击波向外传播。此外，渐近巨星分支恒星普遍存在脉动现象，恒星会像心脏一样周期性地收缩和膨胀，这种脉动也可能帮助物质获得足够的能量逃离引力束缚。
还有一种可能是尘埃形成本身就是爆发性的。当恒星大气中某些区域温度突然下降时，可能在短时间内凝结出大量尘埃，这个过程释放的能量或引发的气体运动，也许能够推动物质向外扩散。目前学界倾向于认为，真实情况可能是多种机制共同作用的结果。脉动产生的冲击波将气体抬升到较冷的高层大气，那里尘埃得以凝结，随后对流和脉动继续推动混合物向外运动，最终在某个临界点，辐射压接管并加速整个外流过程。
这一发现对理解宇宙化学演化具有深远意义。银河系中绝大多数类太阳恒星最终都会演化成渐近巨星分支恒星，它们贡献了星际空间中大量的重元素。如果我们对这些恒星如何抛洒物质的理解是错误的，那么关于行星形成、生命起源的整套理论框架都需要修正。
数十亿年后，太阳也将步入R Doradus的后尘，膨胀成一颗红巨星并开启自己的质量损失之旅。届时地球早已被吞没，但太阳抛洒的物质将成为未来新恒星和行星系统的原料。理解这一过程不仅关乎宇宙的过去，也关乎它的未来。
查尔姆斯理工大学的天文学家西奥·库里坦言，他们原以为这个问题已经解决了，结果证明完全错了。对科学家而言，这恰恰是最激动人心的时刻。当旧理论崩塌时，新的探索空间就此打开。
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