香港大學太空研究實驗室（LSR）的兩位天體物理學家終於解決了一個長達20年之久的天體物理難題，即行星狀星雲（PNe）中硫元素的含量低於預期，而其他元素和其他類型的天文物理天體的硫元素含量則低於預期。

一幅標誌性的拼貼畫展示了22 個著名的PNe，按照近似物理大小的順序藝術地排列成螺旋狀。圖片來源：ESA/哈伯和NASA、ESO、NOAO/AURA/NSF 根據通訊作者和Ivan Bojičić 的想法製作，由Ivan Bojičić 繪製，David Frew 和作者提供了相關資訊。

長期以來，硫的預期含量似乎”不見蹤影”。然而，由於利用了高度精確和可靠的數據，它們在”躲貓貓”之後終於”上崗”了。研究小組最近在《天文物理學雜誌通訊》上報告了他們的發現。

PNe是瀕臨死亡的恆星噴射出的短暫發光氣態外罩，其豐富多彩的形狀長期以來一直吸引著專業和業餘天文學家。與宿主恆星相比，PNe 的壽命只有數萬年，而宿主恆星則需要數十億年才能通過PN 階段，最終成為”白矮星”。

因此，PNe 提供了恆星死亡陣痛的幾乎即時快照。它們是了解恆星晚期演化的一個重要科學窗口，因為它們豐富的發射線光譜可以對其化學成分進行詳細研究。

過去的研究表明，PNe 的光學光譜中似乎存在不同程度的硫元素缺乏。這種缺失很難解釋，因為被稱為”α元素”的硫應該與其他元素（如氧、氖、氬和氯）在大質量恆星中同步產生。因此，其宇宙豐度也應該成正比。

來自智利歐洲南方天文台望遠鏡的行星狀星雲PN NGC 5189 的圖像。有人說它看起來像中國的飛龍在天。圖片來源：ESO

令人驚訝的是，雖然在H II 區域（氫電離區域）和藍色緊湊星系中觀測到了硫豐度和氧豐度之間的強相關性（見圖2），但源自低質量恆星到中等質量恆星的PNe 始終表現出較低的硫含量，這就產生了所謂神秘的”硫異常”，幾十年來一直令天文學家感到困惑和煩惱。

香港大學物理學理學士畢業生及香港大學天文台助理研究員陳淑瑜與她的導師、天文台台長昆汀·帕克教授（Professor Quentin PARKER）合作，利用前所未有的高信噪比（S/N）光學光譜樣本，針對位於銀河中心的約130個星體（PNe）進行研究。這一特殊資料集的背景雜訊極小，可以清晰而詳細地檢查光譜特徵，幫助研究小組有效地處理和解決了這一謎團。

這些PNe 是利用位於智利的世界領先的歐洲南方天文台（ESO）8 米甚大望遠鏡觀測到的。結果發現，異常現象主要是由於PNe 光譜中硫發射線的資料品質不高所造成的。研究發現，將氧作為其他元素的基本金屬性比較指標並不準確，相反，氬與氧的硫相關性更強，因此被認為是更可靠的金屬性指標和合適的比較元素。

因此，在大型望遠鏡上以高信噪比對精心挑選的大量PNe 樣本進行光譜觀測時，數據不僅首次揭示了PNe 中強烈的”鎖步”行為或硫，這在其他類型的天體物理天體中也是可以看到和預期的，而且異常現象本身也有效地消失了。

作者有效地推翻了先前的說法，即行星狀星雲中的硫異常是由於低估了較高的硫電離階段或弱硫線通量造成的。這項發現強調了高品質數據在揭開科學之謎方面的至關重要性。

編譯來源：ScitechDaily