是誰污染了恒星？

天文學家在觀察那些擁有行星的恒星時，發現在矮星(一種質量、體積相對較小、光亮度等于平均水平或低于平均水平的恒星，如太陽)的表面經常表現出富含鐵，而巨恒星(光度極大的、異常巨大的恒星)卻沒有這樣的情況發生。天文學家認為這是由于行星巖屑崩坍時的碎片落到恒星的外表面，污染了恒星的表面，而在巨星上，這種污染被稀釋了，混合到它的內部。但是由于無法測量恒星內部的結構和化學成分，這種看法一直是一種推測。直到最近，歐洲天文學家測量了紅巨星表面的化學成分，才為這個假設找到了依據。

天文學家對這個問題十分關注的原因是因為從第一顆外行星被發現后只有幾年，科學家們已經證明在富含鐵元素的恒星周圍更容易發現行星，含鐵元素少的恒星周圍行星少，并證明擁有行星的恒星比沒有行星的恒星金屬含量高兩倍左右。

那么，人們就會提出一個問題，在恒星和行星的演化過程中，誰起主導作用?到底是恒星的金屬促進了行星演化呢，還是行星的存在導致了恒星金屬含量較高呢?這是一個典型的雞生蛋還是蛋生雞的問題。如果是前一種情況，那么恒星內部也應當含有豐富的金屬：如果是后一種情況，那么只有恒星表面富含金屬，而內部沒有。在觀察恒星和測量其光譜的時候，天文學家們只能了解恒星外層，而無法確定其整體構成成分。當行星的碎片落到恒星上時，這些碎片將停留在恒星的外表面，污染恒星，并在光譜中留下痕跡。所以，天文學家可以了解行星和恒星表面的化學成分，而無法知道它們里面的化學成分，也就無法知道恒星表面的鐵來自何處。

為了解決這個問題，一支國際天文學家團隊決定另辟蹊徑，他們企圖通過另一種類型的恒星來研究這個問題，他們選擇了紅巨星。紅巨星是一種已經消耗盡核心氫元素的恒星。恒星在發光幾億到幾十億年后，中心內部的氫含量將消耗殆盡，由于熱核反應的能量供應不足，恒星整體開始收縮，收縮使溫度增高，緊貼在核心外面的薄層開始氫聚變為氦的熱核反應，這時外層溫度增高，體積逐漸變大。膨脹時，恒星的最外層變冷，并發出紅光，最后生成“紅巨星”。紅巨星的體積很大，它的半徑一般比太陽大100倍。有的更大，例如，紅超巨星參宿器的半徑約為太陽的900倍，食雙星仙王座中的紅超巨星半徑約為太陽半徑的1600倍。所以，紅巨星是步入老年期的恒星。

天文學家研究了14顆擁有行星紅巨星表面的化學成分，發現它們與太陽和類日恒星最大的不同點是處在演化過程中的紅巨星并不含有豐富的鐵，甚至是當它擁有一些行星的時候。這說明恒星表面的鐵是外來的，不是恒星自己的。

為什么類日恒星與紅巨星表面鐵含量不同呢?天文學家們認為最合理的解釋是紅巨星與類日恒星的對流層大小不同，太陽的對流區僅占其質量的2％，而紅巨星的對流區很大，比類日恒星大35倍。也就是說，如果行星的碎片落到紅巨星上，將會被稀釋35倍。這證明類日恒星上含有豐富金屬的原因是由于行星的碎片污染了它，而不是由于恒星本身所具有的。當恒星被原始行星包圍的時候，行星上富含較重金屬的物質會掉落到恒星上，污染其表面。在類日恒星上這種金屬污染很明顯，而這種“污染”在紅巨星上被稀釋，并融入了紅巨星內部。這個發現解決了天文學家多年來對于有行星的恒星表面含有豐富鐵的困惑，原來它們是行星碎片落到上面造成的，怪不得那些沒有行星的恒星表面含鐵量很低。

責任編輯 蒲 暉