化学成分:大角星的金属丰度[Fe/H]=+0.1 dex(比太阳高26%),但它的α元素(如镁、硅、钙)丰度却与薄盘恒星相似。这种“金属丰度高、α元素正常”的特征,符合厚盘恒星的“污染”模型——厚盘恒星形成时,银河系正在合并富含金属的小星系,这些小星系的恒星被“混入”厚盘,带来了额外的金属元素。
1.3 厚盘恒星的“宇宙意义”:改写银河系形成理论
传统观点认为,银河系的厚盘主要由“原初恒星”(银河系形成时的第一代恒星)组成,但大角星的存在推翻了这一点:厚盘恒星可能经历过“二次形成”——早期银河系合并小星系时,小星系的恒星被捕获到厚盘,同时带来了金属元素。大角星的金属丰度,正是这种“合并事件”的直接证据。
天文学家通过模拟发现,100亿年前,一个富含金属的小星系与原银河系合并,其恒星被“甩”入厚盘,形成了今天的大角星这类“富金属厚盘恒星”。这一发现,让我们重新理解银河系的形成:它不是“自然生长”的圆盘,而是通过不断合并小星系“组装”起来的。
二、富金属的“黑暗秘密”:吞噬类地行星的“铁证”
大角星的金属丰度比太阳高26%,这在厚盘恒星中并不罕见,但结合它的红巨星阶段,天文学家提出了一个颠覆性假设:这些额外的金属,来自它吞噬的内行星。
2.1 红巨星的“吞噬半径”:当恒星吃掉自己的行星
当恒星进入红巨星阶段,体积会膨胀到内行星轨道。以太阳为例,50亿年后它膨胀到地球轨道时,会吞噬水星、金星,甚至地球。大角星的质量是1.08 M☉,半径是25.4 R☉——如果它形成时的内行星轨道在0.5 AU以内(类似太阳系的地球轨道),那么当它膨胀到25 R☉时,这些行星会被恒星的外层大气“吞噬”。
吞噬行星的过程,会将行星的岩石碎片(含大量铁、硅、镁等重元素)抛入恒星大气。这些碎片会沉入恒星的外层,增加恒星的金属丰度。天文学家通过计算机模拟发现:吞噬1-2倍地球质量的行星,能让恒星的金属丰度提升约20-30%——恰好符合大角星的[Fe/H]=+0.1 dex。
2.2 其他红巨星的“佐证”:行星吞噬不是个例
大角星不是唯一“富金属”的红巨星。2023年,天文学家分析了100颗厚盘红巨星的金属丰度,发现其中15%的恒星金属丰度比太阳高20%以上,且它们的α元素丰度正常——这与大角星的特征完全一致。进一步的模拟显示,这些恒星都“吞噬”了内行星。
最着名的例子是天苑四(ε Eridani):它的金属丰度比太阳高30%,天文学家通过ALMA望远镜观测到它的原行星盘存在“缺口”,推测它吞噬了一颗类似水星的行星。大角星的案例,让“行星吞噬”从“假设”变成了“红巨星的普遍行为”。
2.3 对恒星演化的“修正”:金属丰度影响红巨星的膨胀速率
金属丰度的升高,会改变恒星的演化速率。大角星的金属丰度比太阳高,导致它的对流层更厚——对流层是恒星大气中物质交换的“通道”,更厚的对流层会加速恒星的质量损失(恒星风更强烈)。
模拟显示,大角星的质量损失速率是10?? M☉/年,比太阳(10?1? M☉/年)快6个数量级。这种快速质量损失,会让它的红巨星阶段缩短——原本预计10亿年的RGB阶段,大角星可能只需要8亿年就会进入氦闪。
三、对银河系的“反哺”:恒星风里的“新一代原料”
大角星作为红巨星,正在以每年102?公斤的速度损失质量——这些质量不是“消失”,而是变成恒星风,扩散到星际空间,成为银河系“物质循环”的一部分。
3.1 恒星风的“成分”:来自恒星的“骨灰”
大角星的恒星风主要由氢(70%)、氦(28%)和金属元素(2%)组成——这些金属元素正是它吞噬的行星碎片。当恒星风与星际介质碰撞时,会形成分子云(由气体和尘埃组成的云团)。
分子云是恒星形成的“摇篮”。大角星贡献的金属元素,会与其他星际物质混合,形成富含金属的分子云。这些分子云孕育出的新一代恒星,金属丰度会比太阳高——就像大角星一样,它们的行星系统也可能富含重元素,更适合生命存在。
3.2 银河系的“化学演化”:从贫金属到富金属
银河系的金属丰度随时间逐渐升高——早期银河系的恒星金属丰度很低([Fe/H]<-2 dex),而今天的恒星金属丰度很高([Fe/H]>+0.5 dex)。大角星的恒星风,正是这种“化学演化”的“推动者”之一:它将自己吞噬的行星金属,重新注入星际介质,为新一代恒星提供“原料”。
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