圖片來源：NASA（改編自原始哈勃太空望遠鏡圖像）
香港文匯報訊（記者 莫楠）科學家首次成功捕捉著名的「螺旋圖」行星狀星雲 IC418歷時130年的非爆炸性演化歷程，其幾乎是人類平均壽命的兩倍。這一發現不僅刷新了在行星狀星雲（Planetary Nebula, PN）中觀測恆星演化的時間紀錄，甚至可能是迄今在所有恆星中所觀測到的最長演化過程，其變化幅度亦十分顯著。此研究對恆星演化理論具有深遠影響。現有模型可能需要修訂，以解釋這種更緩慢的恆星演化速度；同時，碳星形成所需的質量下限亦可能需要調整，因為IC418是由一顆質量較大的碳星演化而來，這一點與現行理論預測有所出入。
這項成果由英國曼徹斯特大學天體物理學教授艾伯特·齊爾斯特拉（Professor Albert ZIJLSTRA）以及香港大學太空研究實驗室主任柏坤霆（Professor Quentin PARKER）共同發表，並已刊登於國際權威期刊《天體物理學快報》（Astrophysical Journal Letters）。
IC418作為最早被發現的行星狀星雲之一，同時亦是現今最明亮、最具觀賞價值且最易於研究的星雲代表。行星狀星雲是垂死恆星所拋出的發光外殼，由恆星在死亡前劇烈掙扎時噴出的氣體組成，並受到殘留恆星核心的激發與電離。這一核心會在此過程中逐漸升溫，最終演化成白矮星。白矮星的直徑通常與地球相當，但質量約為太陽的0.6倍，因而呈現高溫且極為緻密的特性。由於核心收縮與升溫導致的電離作用，使得拋出外殼中的氫、氧、氮和硫等元素，同時在光譜中產生狹窄的發射線。
因此，IC418也是最早進行光譜觀測的星雲之一。早在1893年，天文學家便已開始觀測其光譜，當時甚至尚未流行運用攝影底片記錄觀察結果，而許多發射線背後元素也尚未被辨識。例如，所謂的「星雲素」（Nebulium）發射線，直到1927年才被確認為雙電離氧的產物。 自被發現以來，IC418便持續受到觀測，數十年如一日。即使觀測光譜的技術多次革新，從人工目視測量，進展到攝影底片、數碼相機，直至今日常用的固態CCD探測器，對這一星雲的觀測從未間斷。
研究團隊系統梳理過去130年來對IC418的公開光譜觀測數據，發現其藍光波段關鍵發射線呈現顯著演化特徵。具體而言，氫（H-beta）與雙電離氧（[OIII]）發射線的強度比率在過去一世紀餘間出現顯著變化，證明星雲結構持續處於動態演化過程，且這種演化可被精確量化。此項發現不僅創下行星狀星雲研究史上最明顯、歷時最長、演化速率最快的觀測紀錄，更可能成為恆星演化研究領域的重大突破。
由於數據時間跨度逾一世紀且數量龐大，研究團隊須進行嚴謹篩選、評估與驗證，以取得具一致性的發射線比率數值，此過程極具挑戰性。後續透過恆星演化模型解讀這些現象的工作更為艱巨，成功精確推算出恆星的加熱速率，並據此準確估算殘留核心的質量，並通過現有的初始質量與最終質量推算出原始恆星的質量，取得中大的研究突破。
柏坤霆表示：「我們相信這項研究意義重大，因為它提供了行星狀星雲（PN）中央恆星演化的獨特且直接的觀測證據。這將促使我們重新思考現有恆星生命週期模型。這是一項強而有力的合作，我們花了大量時間收集、驗證並仔細分析橫跨一個世紀的天文觀測資料，然後將其與恆星演化模型融合。這是一個充滿挑戰的過程，遠遠超過簡單的觀測。我們很感激有機會以這種方式在此領域作出貢獻。」
Zijlstra指出：「我們常會忽略年代久遠的科學數據，然而在此次研究中，這些塵封的觀測資料卻揭示了典型恆星迄今為止直接觀測到的最快演化速度。這些來自過去的數據提醒我們，天穹並非如我們所想的恆久不變。」
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