我們知道，宇宙大爆炸後，物質並沒有馬上形成。那個時候，宇宙空間中只有各種基本粒子。後來，質子和電子結合，形成了氫，還有一小部分在強大的能量下，形成了氦，另外還有極少數鋰。除此之外，宇宙中再沒有任何其他的元素。正因為如此，在天文學上，除了氫和氦以外，其他的元素都被稱作金屬元素。而其他更重的元素，則是在這些氫和氦坍縮成恆星之後才出現的。當恆星進入演化末期的時候，會出現三α過程，也就是三個氦原子核聚變形成碳原子核的過程。這些碳原子是有機分子的骨架，對於生命來說至關重要，因此備受科學家的關注。這個過程目前被廣泛認同，但是其中一些細節卻還懸而未決。其中一個比較重要的問題就是：這些碳元素到底是死亡恆星的核心坍縮成白矮星時在外殼中被甩出去，還是在大質量恆星的末期就通過超新星爆發被炸出去了呢？
最近，意大利帕多瓦大學的保羅·馬里戈（Paolo Marigo）領導的一個天文學家團隊，在一個疏散星團中似乎找到了答案。疏散星團，是幾百或者幾千顆恆星在相對較弱的引力作用下聯繫起來的恆星集合。其中的恆星形成於同一片分子云中，因此具有相似的年齡和演化過程。馬里戈的團隊正是藉助夏威夷WM Keck天文台在2018年獲得的觀測數據，找到了銀河系中5個分子云的一些白矮星，並利用光譜對其進行分析。恆星的光譜就像是它的身份證，可以告訴我們它的溫度、化學成分、質量等等信息。研究恆星的質量對於科學家來說至關重要，我們知道，恆星死亡後會留下怎樣的遺骸，就取決於它們燃燒時的質量有多大。加州大學聖克魯斯分校的天體物理學家恩里科·拉米雷斯-魯伊斯（Enrico Ramirez-Ruiz）向我們解釋說：“在對凱克望遠鏡的光譜數據進行分析後，就能測出白矮星的質量。根據恆星演化的理論，我們可以反演出它們燃燒時的模樣及其誕生時的質量。”
很顯然，如果一顆白矮星質量比較大，那麼形成它的那顆恆星本身也就比較大。不過，由於大量的物質被拋射到宇宙空間，所以我們也只能大致估算原恆星的質量，這個質量和白矮星的質量就被稱為是始-末質量關係（initial-final mass relation）。我們知道，白矮星已經停止了內部的核聚變過程，不再有能量的產生，所以它在宇宙中會一直冷卻下去，直到幾十億甚至上百億年後變成一顆黑矮星。因此，只要我們知道一顆白矮星的質量、溫度以及化學組成，就能推導出它的冷卻速度。通過這個冷卻速度，我們就能這顆白矮星的原恆星是在多久以前死亡的。
有了這個數據，一切就變得簡單了。由於疏散星團中的恆星都有著相同的年齡，所以只要我們利用光譜檢測到其他恆星的年齡，也就知道這顆白矮星的原恆星形成於多久以前。用這個時間減去剛才計算出來的原恆星死亡的時間，就是原恆星的生命長度，這就可以推算出原恆星的質量了。我猜你現在已經懵了，所以咱們總結一下流程。假設某疏散星團中有兩顆恆星A和B，其中B已經死亡變成了白矮星，那麼它們經歷的過程是這樣的——
在求出m的數值之後，我們就能求出白矮星的原恆星質量了。研究人員在確定了這個流程之後，將它應用在了已經在五個疏散星團中發現的一些白矮星上，尤其是那些質量在太陽1.5倍以上的白矮星。結果，研究人員驚奇地發現：這些白矮星的質量比原來預想的要高，他們把這個現象稱為始-末質量關係異常。針對這個現象，馬里戈等人將原因歸結在了銀河系中低質量恆星合成碳的過程。具體來說，他們認為：原恆星在進入到演化末期的時候，核心處的氦開始聚變為碳。這些碳會一點點被運送到恆星的表面，然後被恆星風吹散到宇宙空間中，同時也會有其他燃料被送進核心區。由於這個過程非常緩慢，所以恆星獲得了充分的時間，將更多物質送到核心區域，最終形成了比原先預想的要更重的白矮星。
通常來說，這個過程會出現在質量在太陽2倍以上的恆星中，而如果恆星質量小於太陽的1.5倍就不會出現這個情況了。更重要的是，當研究人員對其他星系的這個過程進行觀測時，也更好地理解碳元素是如何一點點瀰散到整個銀河系的。通過這樣一系列的觀測和分析，他們得出結論：銀河系中的碳更有可能是來自於這些白矮星的原恆星。正如我們前面所說，碳元素不僅對地球這樣的岩石行星來說至關重要，也是生命出現的基礎。瞭解碳元素如何出現和發展的，可以更好地理解宇宙的演化過程以及生命出現的機制。也許在未來尋找外星人的過程中，這次研究的成果也將具有一定的指導意義！
