研究揭示富含碳元素的恒星的神秘死亡過程：像六環馬戲表演一樣

V Hya是一顆富含碳元素的漸近巨星支（AGB）恒星，位于長蛇座（Hydra），距離地球約1300光年。超過90%的質量等于或大于太陽的恒星隨著核過程所需的燃料被剝離而演變為AGB星。在這些數以百萬計的恒星中，V Hya因其迄今為止獨特的行為和特征而引起了科學家的特別興趣，包括大約每8.5年發生一次的極端規模的等離子體爆發，以及存在一顆幾乎看不見的伴星，該伴星有助于V Hya的爆炸行為。

美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室的天文學家、該研究的主要研究員Raghvendra Sahai說：“我們的研究極大地證實了關于AGB星如何死亡的傳統模型--通過緩慢、相對穩定、超過10萬年的球形風大量噴射燃料--充其量是不完整的，或者在最壞的情況下是不正確的。非常有可能的是，一個近距離的恒星或亞恒星伴星在它們的死亡中發揮了重要作用，而了解雙星相互作用的物理學既是整個天體物理學的重要內容，也是其最大的挑戰之一。在V Hya的案例中，一個附近的和一個假設的遙遠的伴星的結合，至少在某種程度上對其六環的存在，以及導致該恒星奇跡般死亡的高速外流負責。”

加州大學洛杉磯分校的天文學家、這項研究的共同作者Mark Morris補充說：“V Hydra已經陷入了脫落其大氣層的過程中--最終是它的大部分質量--這是大多數晚期紅巨星的做法。令我們驚訝的是，我們發現在這種情況下，物質是以一系列外流環的形式被排出的。這是第一次也是唯一一次有人看到從一個AGB星體中噴出的氣體可以以一系列膨脹的‘煙環’形式流出。”

在大約2100年的時間里，這六個環從V Hya向外擴張，為這顆恒星周圍的高密度耀斑和扭曲的盤狀結構增加了物質，并推動了它的增長。研究小組將這種結構稱為DUDE，即正在進行動態膨脹的圓盤。

Morris說：“恒星演化的最終狀態--當恒星經歷了從紅巨星到最終成為白矮星殘骸的過渡--是一個復雜的過程，并沒有被很好地理解。發現這一過程可能涉及氣體環的噴射，同時產生高速、間歇性的物質噴流，為我們探索恒星如何死亡帶來了一個新的、迷人的皺痕。”

Sahai補充說："V Hya處于短暫但關鍵的過渡階段，不會持續很長時間，而且很難找到處于這一階段的恒星，或者說是‘抓住它們的行動’。我們很幸運，能夠對V Hya的所有不同的質量損失現象進行成像，以更好地了解垂死的恒星在其生命末期是如何失去質量的。"

除了一整套擴張的星環和一個扭曲的圓盤之外，V Hya的最后一幕還有兩個沙漏狀的結構--以及一個額外的噴射狀結構--正在以超過50萬英里/小時（240公里/秒）的高速擴張。大型沙漏結構以前曾在行星狀星云中被觀測到，包括MyCn 18--也被稱為雕刻沙漏星云--一個年輕的發射星云，位于距離地球大約8000光年的蒼蠅座；以及更知名的南蟹狀星云，一個位于距離地球大約7000光年的半人馬座的發射星云。

Sahai說：“我們在1981年首次觀察到非常快的外流的存在。然后，在2022年，我們發現了由V Hya高速噴出的緊湊的等離子體塊組成的噴射狀氣流。而現在，我們在V Hya中發現的廣角外流將這些點連接起來，揭示了所有這些結構是如何在這個超光速紅巨星現在所處的進化階段中產生的。”

由于這顆恒星周圍塵埃的距離和密度，研究V Hya需要一種獨特的儀器，它有能力清楚地看到既非常遙遠又難以或無法用大多數光學望遠鏡探測到的物質。研究小組使用了ALMA的第6波段（1.23毫米）和第7波段（0.85毫米）接收器，這些接收器將這顆恒星的多個環和外流顯示得非常清晰。

NRAO/ALMA的天文學家和NSF項目官員Joe Pesce說：“發生在低質量恒星晚期階段的過程，特別是在AGB階段，長期以來一直吸引著天文學家，并對其進行挑戰。ALMA的能力和分辨率最終使我們能夠以必要的非凡細節見證這些事件，以提供一些答案，并加強我們對發生在宇宙中大多數恒星上的事件的理解。”

Sahai補充說，將紅外線、光學和紫外線數據納入研究，創造了一幅完整的多波長圖像，這可能是銀河系中最偉大的“表演”之一，至少對天文學家來說是這樣。“每當我們用新的觀測能力觀測V Hya時，它就越來越像一個馬戲團，其特點是有更多令人印象深刻的‘表演’。V Hydrae 以其多環的‘表演’給我們留下了深刻的印象，而且因為我們自己的太陽有一天也可能經歷類似的命運，所以它讓我們全神貫注。”