你知道吗?为什么AGB星在赫兹普朗–拉塞尔图中如此特别?

在星际空间的演变过程中,AGB星即渐近巨星分支是恒星演化阶段的一部分,专门给予中低质量恒星(约0.5至8倍太阳质量)的重要地位。这些恒星在生命末期的演变过程,使它们在赫兹普朗–拉塞尔图中显得格外耀眼。

AGB星通常显示为明亮的红巨星,其光度可达到太阳的数千倍。其内部结构由一个主要由碳和氧组成的惰性核心、正在进行氦融合的氦壳层以及正在进行氢融合的氢壳层组成。

当一颗恒星的核心氢燃料耗尽时,核心会开始收缩,并加热,导致外层迅速膨胀并冷却,形成红巨星。这个过程使得AGB星在赫兹普朗–拉塞尔图上,向右上方移动,最终形成它独特的天文学路径。

随着恒星的核心温度达到约3×108 K,氦融合的过程开始。此时恒星的冷却和光度增加会停滞,它将向下和左侧移动,形成所谓的水平支或蓝环。当氦燃烧完全后,恒星的路径又将再次向右和向上移动,朝向AGB星的阶段。

AGB阶段的进一步划分为早期AGB(E-AGB)和热脉冲AGB(TP-AGB)。在E-AGB阶段,主要的能量来源是围绕着碳和氧核心的氦融合。在此阶段,恒星会膨胀至巨星程度,半径可达约一个天文单位。

一旦氦壳的燃料耗尽,TP-AGB阶段随之开始。此时恒星所需的能量来自于氢在薄壳中的融合。这一过程会导致氦壳的瞬时爆炸,称为氦壳闪光,推动星体的光度瞬时飙升,并在数年内急剧减少。

这种氦闪光会导致恒星的膨胀和冷却,并引发强烈的对流,为后期的星际化学反应铺平道路。首先,从核心地区混合至外层的物质称为「搅拌」,这一过程将普遍影响AGB星的光谱特征。

此外,AGB星的质量损失令它们周围缠绕着一层丰富的星际围绕物,这样的围绕物可能形成高达30光年的气体云。这一过程在恒星生命的不同阶段中,成为宇宙尘埃生成的重要源泉。

在AGB星的外围,低密度的化学反应使得该区域的化学特性随着距离的增加而变化。随着材料扩张和冷却,最初的反应趋向于热力学平衡,当密度下降到某一程度后,动力学效应会占主导地位,许多反应也变得不再可能。

AGB星的最终命运通常以行星状星云(PNe)为结尾,这是在烧尽的恒星核心中形成的。惊人的是,物理样本如预太阳珍珠颗粒曾在实验室中进行分析,证明了这些恒星在宇宙中的影响力及其化学奇特性。

你是否曾经想过,AGB星的演化过程将如何影响整个宇宙的化学组成与结构呢?

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