天空中的鑽石：最大直徑4000公里(圖)

2007-11-20 15:03
據西方媒體報導，閃爍的恆星常常被人們喻為鑽石，明亮而熠熠生輝。恆星的成份中絕大部分是氫和氦，以及其它少量元素；而鑽石則是由碳組成的。不過，天空中的確存在著真正的鑽石，它們來源於使恆星發光的熾熱熔爐。

當恆星將一些較輕元素熔化時，就會釋放出能量，並通過核融合產生碳和其它元素。最後，當恆星死亡時，這些元素就會部分被釋放到星際介質中。天文學家們在整個星際介質中會發現許多碳化合物，包括由高密度壓縮的碳形成的鑽石。如何得知天空中有鑽石存在呢？我們可以通過比較天體光譜和實驗室光譜，以及發射和吸收光譜的計算模型，發現天空中的鑽石。

星際微鑽石存在於流星中，被稱為碳質球粒隕石。這些鑽石是「鑽石星塵」，而不是結婚戒指上優雅的寶石。我們可以通過光譜分析，觀察這種鑽石的近紅外特性，進而探測瞭解它們的特徵。可以看到，碳原子在碳鍵拉伸、扭曲和伸縮時，會發射或吸收紅外能量。宇宙中只有很少一些天體，如HD 97048和Elias 1，在3.4 – 3.5 μm的發射區域中表現出分光特點，這個區域被劃歸為微鑽石區，如右圖中a)和b)所示。而大多數天體，如濃厚的雲，則表現出在3.47 μm附近達到峰值，並與3μm H2O冰帶的長波長疊加的星際吸收譜帶(如右圖中c)中紅色部分所示)。這種特性屬於類似鑽石的碳的第三級碳氫拉伸。

跟蹤星際微鑽石之所以困難，就在於我們對它們的紅外和電子屬性知之甚少。而理論計算有助我們瞭解鑽石狀物質對星際介質的化學和物理性質的影響。

在化學性上，鑽石結合極為緊密，因而要發射一個典型的光譜需要相當大的能量。我們可以利用建模來瞭解大能量恆星中發生的變化。根據計算的分光屬性來看，如果天體環境中存在鑽石狀物體，則多數都以中性形式存在。在低吸收力(f值)與高激發能(近似於電離能)的共同作用下，中性鑽石狀物質會被充分激發，在天體環境中猛地發射出紅外線。因此，如果鑽石狀物質在星際介質中含量豐富，那麼它們的分光屬性就趨向於支持其在3 μm區域中通過吸收而非發射被探測到。如圖所示，中性鑽石狀物質在3.47 μm附近的吸收力最強。兩個中性鑽石狀物質的計算紅外光譜(c中所示的綠色和藍色峰值)均位於3.47 μm區域的中心，並與濃雲的星際吸收譜帶在一條直線上。結果證明，星際3.47 μm吸收譜帶屬於中性鑽石狀物質。運用鑽石狀物質的計算吸收/發射譜帶，我們可以對天文觀測進行解釋。

在天體環境中，中性和電離鑽石狀物質可能被充分激發，猛地發射出紅外線。然而，二者的低吸收力均有力地侷限了天體環境。當鑽石狀物質被高強度振動激發後，會發射出清晰的紅外熒光，這種放射需要具備高能量和強力流的放射區。對於比c)中所示物質還大的鑽石狀物質而言，碳氫伸縮振動譜帶會變得與HD 97048和Elias 1的發射譜帶一致。然而，一旦放射區能量足夠激發中性鑽石狀物質，就會同時產生電離鑽石狀物質。如d) -f)所示，小陽性鑽石狀物質的計算紅外光譜與HD 97048和Elias 1的部分發射光譜在一條直線上。這表明罕見的3.5 μm星際介質發射特性極可能屬於勵磁恆星，並有力地證明了HD 97048和Elias 1屬於鑽石狀物質。我們還證實，中性與陽性鑽石狀物質會影響觀測到的發射特性。

天空中的確有許多鑽石，它們會在被閃耀的恆星激發後暴露身份。迄今為止，一顆名為「BPM 37093」的星球是宇宙中最大天然鑽石，它的直徑達4000公里，重量相當於10的34次方克拉。「BPM 37093」位於半人馬座，距離地球約50光年，它是一顆白矮星，小型恆星走到演化末期的產物，其核心是密度極高的結晶碳(即鑽石)，外部覆蓋一層氫氣與氦氣。40年來，天文學家一直認為白矮星隨著溫度降低，其核心會結晶化，但確實證據始終難以觀測。科學家們則是從白矮星的「BPM 37093」脈動振蕩著手，推算出它的核心確已結晶。50億年之後，太陽也許會同樣蛻變成一顆白矮星，再假以時日，太陽系的將會出現一顆超級大鑽石。