宇宙裡的碳元素從哪來？科學家這樣說

碳元素是地球上所有生命必備的基礎元素。近期，一項新的針對白矮星的研究，揭示了白矮星在星系裡面碳元素形成過程中的關鍵性作用。

宇宙中的每一個碳原子都是由恆星產生的。在星體內部，三個氦原子核聚變會形成一個碳原子。但是宇宙學家們一直在爭論，在我們的星系中，哪種類型的恆星才是碳元素的主要起源。一些理論認為，低質量的恆星在演化過程中會「拋出」它們的外殼，變成白矮星，而其它質量的恆星會最終爆發，成為超新星。

碳元素

在我們的宇宙中，大約90%的恆星最終會變成白矮星。這些密度非常大的白矮星會在接下來的幾十億年裡逐漸冷卻，最終坍縮。然而，在它們最終坍縮之前，這些星體會在宇宙中留下自己寶貴的遺產。它們會把自己形成的星際塵埃散布在宇宙中，這些塵埃中包括了豐富的元素，尤其是在坍縮前，在星體內部深處合成的碳元素。

在一項新的研究中，一個國際天文學家團隊發現並分析了銀河系中的開放星團。他們的成果對研究碳元素在宇宙中的起源非常有幫助。開放星團是宇宙中成百上千個星體的集合。它們通常由同一片星雲產生，有著大致相同的年齡和組成成分，靠相互之間的萬有引力聚集在一起。

星系

通過對這些開放星團的研究，科學家們可以測量出星團中白矮星的質量。根據恆星演化理論，科學家們可以追蹤到這些星體剛剛生成時的狀態，得到它們初始時刻的質量。

白矮星的初始質量和最終質量之間的關係，通過質量方程描述。質量方程是天體物理學中的基本方程，它包含了星體從誕生到滅亡，整個生命周期中的信息。一般來說，誕生時質量越大的星體，最終化成白矮星時的質量也就越大。以往的理論分析和實際觀測都支持這種說法。

數學模型

但是，對於新發現的這些開放星團的分析卻向我們展示了一種新的結果。開放星團中的白矮星質量遠比科學家期望的更大。這樣的發現在質量方程描述的圖像中，加上了一個奇怪的斷點。科學家們這次的發現向我們展示出了一種新的觀點：低質量恆星有可能是銀河系中碳元素的主要起源。

科學家們仔細分析斷點附近的方程，科學家們發現，大於兩倍太陽質量的星體會產生碳元素，但小於1.5倍太陽質量的不會。換句話說，1.5倍太陽質量是一個臨界質量，小於這個質量的星體不會最終產生富含碳元素的宇宙塵埃。

太陽系

質量大約相當於太陽兩倍的星體，在它們生命的最後階段，會在內部發生聚變，生成新的碳原子，把這些碳原子輸送到表面，最終把這些碳原子加入到星際塵埃裡，灑向宇宙。科學家建立的新模型指出，在富含碳元素的深層，聚變反應發生得十分緩慢，這使得碳元素可以逐漸上升到表層。

科學家們對宇宙的認識不斷深入，更新更有效的模型也逐步被建立起來。