撰稿 / 楊渝惠 (科學推展中心特約編輯)
圖1. 藝術家所描繪的紅超巨星的圖像。(圖片來源：https://astronomy.com/news/2020/02/when-betelgeuse-goes-supernova-what-will-it-look-like-from-earth)
2018年，女神卡卡攜手布萊德利庫柏，推出了廣受觀眾歡迎的浪漫音樂電影《一個巨星的誕生》；2023年，來自中研院天文所的歐柏昇博士生與陳科榮助研究員所率領的研究團隊，完成了超過兩千個恆星模型的計算，成為全世界第一組精算出「紅超巨星」誕生密碼的科學團隊，提供全球的恆星演化研究寶貴的資料。
除了我們熟知的太陽之外，宇宙中還有比太陽更大的恆星，質量為太陽的十倍，被稱為大質量恆星。當大質量恆星的生命來到老年期時，核心的氫元素會燃燒殆盡、並急速膨脹，變成半徑為太陽的一千倍、表面溫度相較於太陽的攝氏五千五百度低了許多、只有四千度左右的紅超巨星。成為紅超巨星後，星體的恆星風會較以往強烈、在短時間內吹散大量物質，生命結束前更會發生超新星爆炸，這兩項活動釋放出的能量灌溉了無垠的宇宙，推動宇宙中的物質循環、並影響其他生命的誕生與演化。
即便「紅超巨星是由大質量恆星演化而來」的概念，在天文界並非新鮮事，但是背後形成的物理機制還是尚未釐清，中研院團隊善用現代的模擬程式及高效能計算資源，製作出兩千組恆星模型、並進行演算，得到了大質量恆星變成紅超巨星所需符合的關鍵條件：超越臨界金屬豐度。
金屬豐度指的是恆星內，除了氫和氦之外，其他化學元素所佔的比例。根據中研院團隊的研究，大質量恆星若要順利演化成紅超巨星，其金屬豐度需突破臨界值0.1太陽金屬豐度。當它的金屬豐度高於此臨界值，在核心的氫全部燃燒完畢之後，就可以演化成紅超巨星，並會產生塵埃驅動的冷恆星風，導致大量質量散失、成功地快速瘦身。相反地，若星體的金屬豐度小於臨界金屬豐度，則無法膨脹成紅超巨星，「減肥」效果亦非常有限。
臨界金屬豐度這數值，顯示了恆星的演化是有條件的，並非每一顆星體都能於晚年成為紅超巨星。但紅超巨星的恆星風帶來的質量散失、以及最末期的超新星爆炸，是宇宙中物質回歸星際、物質循環的關鍵。若臨界金屬豐度為演化成紅超巨星的必要條件，那在以氫與氦元素為主軸並缺乏金屬的遠古宇宙裡，大質量恆星可能無法變成紅超巨星、無法產生恆星風、對其整體恆星演化，超新星爆炸，相關宇宙反饋皆有深遠的影響。
中研院團隊的研究點出以上問題，一方面顯示了早期宇宙和當代宇宙的恆星質量散失可能有極大的差異，提供天文學界重新檢視早期宇宙的契機；另一方面則肯定了大質量恆星演化中臨界金屬豐度的存在，替未來的恆星演化研究指出一條可探索的道路。他們的研究受到國際重視，被刊登於本年度（2023年）2月的天文物理期刊上。
