天空中的钻石：最大直径4000公里(图)

2007-11-20 15:03
据西方媒体报道，闪烁的恒星常常被人们喻为钻石，明亮而熠熠生辉。恒星的成份中绝大部分是氢和氦，以及其它少量元素；而钻石则是由碳组成的。不过，天空中的确存在着真正的钻石，它们来源于使恒星发光的炽热熔炉。

当恒星将一些较轻元素熔化时，就会释放出能量，并通过核聚变产生碳和其它元素。最后，当恒星死亡时，这些元素就会部份被释放到星际介质中。天文学家们在整个星际介质中会发现许多碳化合物，包括由高密度压缩的碳形成的钻石。如何得知天空中有钻石存在呢？我们可以通过比较天体光谱和实验室光谱，以及发射和吸收光谱的计算模型，发现天空中的钻石。

星际微钻石存在于流星中，被称为碳质球粒陨石。这些钻石是“钻石星尘”，而不是结婚戒指上优雅的宝石。我们可以通过光谱分析，观察这种钻石的近红外特性，进而探测了解它们的特征。可以看到，碳原子在碳键拉伸、扭曲和伸缩时，会发射或吸收红外能量。宇宙中只有很少一些天体，如HD 97048和Elias 1，在3.4 – 3.5 μm的发射区域中表现出分光特点，这个区域被划归为微钻石区，如右图中a)和b)所示。而大多数天体，如浓厚的云，则表现出在3.47 μm附近达到峰值，并与3μm H2O冰带的长波长叠加的星际吸收谱带(如右图中c)中红色部分所示)。这种特性属于类似钻石的碳的第三级碳氢拉伸。

跟踪星际微钻石之所以困难，就在于我们对它们的红外和电子属性知之甚少。而理论计算有助我们了解钻石状物质对星际介质的化学和物理性质的影响。

在化学性上，钻石结合极为紧密，因而要发射一个典型的光谱需要相当大的能量。我们可以利用建模来了解大能量恒星中发生的变化。根据计算的分光属性来看，如果天体环境中存在钻石状物体，则多数都以中性形式存在。在低吸收力(f值)与高激发能(近似于电离能)的共同作用下，中性钻石状物质会被充分激发，在天体环境中猛地发射出红外线。因此，如果钻石状物质在星际介质中含量丰富，那么它们的分光属性就趋向于支持其在3 μm区域中通过吸收而非发射被探测到。如图所示，中性钻石状物质在3.47 μm附近的吸收力最强。两个中性钻石状物质的计算红外光谱(c中所示的绿色和蓝色峰值)均位于3.47 μm区域的中心，并与浓云的星际吸收谱带在一条直线上。结果证明，星际3.47 μm吸收谱带属于中性钻石状物质。运用钻石状物质的计算吸收/发射谱带，我们可以对天文观测进行解释。

在天体环境中，中性和电离钻石状物质可能被充分激发，猛地发射出红外线。然而，二者的低吸收力均有力地局限了天体环境。当钻石状物质被高强度振动激发后，会发射出清晰的红外荧光，这种放射需要具备高能量和强力流的放射区。对于比c)中所示物质还大的钻石状物质而言，碳氢伸缩振动谱带会变得与HD 97048和Elias 1的发射谱带一致。然而，一旦放射区能量足够激发中性钻石状物质，就会同时产生电离钻石状物质。如d) -f)所示，小阳性钻石状物质的计算红外光谱与HD 97048和Elias 1的部分发射光谱在一条直线上。这表明罕见的3.5 μm星际介质发射特性极可能属于励磁恒星，并有力地证明了HD 97048和Elias 1属于钻石状物质。我们还证实，中性与阳性钻石状物质会影响观测到的发射特性。

天空中的确有许多钻石，它们会在被闪耀的恒星激发后暴露身份。迄今为止，一颗名为“BPM 37093”的星球是宇宙中最大天然钻石，它的直径达4000公里，重量相当于10的34次方克拉。“BPM 37093”位于半人马座，距离地球约50光年，它是一颗白矮星，小型恒星走到演化末期的产物，其核心是密度极高的结晶碳(即钻石)，外部覆盖一层氢气与氦气。40年来，天文学家一直认为白矮星随着温度降低，其核心会结晶化，但确实证据始终难以观测。科学家们则是从白矮星的“BPM 37093”脉动振荡着手，推算出它的核心确已结晶。50亿年之后，太阳也许会同样蜕变成一颗白矮星，再假以时日，太阳系的将会出现一颗超级大钻石。