宇宙中化学元素的起源是天文学中最引人入胜和经久不衰的奥秘之一。迄今为止的进展来自于对恒星的研究，但在这里，只有元素丰度才能可靠地确定。同位素比值更难获得。施密特等人在《自然》杂志上发表文章，研究了年轻的行星状星云K4-47的组成。K4-47是一个由气体和尘埃组成的发光外壳，由类太阳恒星的外层形成，在恒星演化的最后阶段被抛出。研究人员发现，星云中富含罕见的碳(13C)、氮(15N)和氧(17O)同位素。测量到的K4-47的组成表明，这个天体在这些同位素中的富集程度，几乎比迄今为止所观察到的任何其他星云或恒星都要高。
为什么施密特和他的同事们发现了这么大的问题?首先，这似乎表明，与太阳相似的恒星可以产生这些稀有的同位素——这一结果出乎意料。对类太阳恒星的计算机模拟表明，它们可以作为碳和氮的工厂，但只能以主要同位素12C和14N的形式存在。此外，理论2预测，更稀有的同位素不是在恒星内部形成行星状星云的。相对于行星状星云，对类日恒星的直接观测结果如何?这样的观测是困难的，但是现有的data3,4大部分与理论一致，使得K4-47成为一个特别不寻常的物体。
同时合成13C、15N和17O同位素的唯一例子是在爆炸中。CNO循环是一系列热核反应，包括碳、氮、氧同位素捕获质子。这些反应是恒星能量产生的主要物质，但不能产生13C、15N和17O。产生这些同位素需要高温、高密度以及大量质子的条件。这种机制被称为热CNO循环。到目前为止，热CNO循环的产物只在经典的novae5中被发现——在某些双星系统中发生的核爆炸。
那么，如何解释K4-47中稀有同位素的存在呢?施密特等人提出的一种机制是，K4-47的前身在成为行星状星云之前，经历了一次名为氦壳闪光的爆炸事件。从本质上说，这是一个混合事件，它会导致来自恒星核心的热物质(富含12C)被转移到一个更冷的区域，在那里发生氢聚变反应。混合提高了较冷区域的温度，使热CNO循环的反应能够在材料被发射到太空之前进行。
虽然这一场景的爆炸性是不寻常的，但之前也有人提出类似的混合现象来解释其他具有化学特性恒星的组成，比如樱井天体6(也被称为V人马座)。需要详细的计算机模拟来测试这种机制。如果这一发现能够得到证实，那么它将成为之前未知恒星行为的证据，从而有助于我们了解普通元素的稀有同位素是如何产生的。
但还有其他可能的解释。K4-47的同位素组成与j型碳星的同位素组成相似，其比值在12~13C之间，小于15。导致j型恒星形成的一系列事件是未知的，而且它们的存在不是由描述单星演化的理论所预测的。有人认为，j型恒星是由双星演化而来的，在双星演化过程中，两颗恒星相互围绕并相互作用。
这样的互动提出了对所有行星状星云,像K4-47,沙漏(双相)的形状和高度平行material8流出,9(图1)。观察结果表明,行星状星云的中心恒星更有可能比以前认为的双星,给这个想法进一步凭证。因此，K4-47可能是两颗恒星相互作用或合并的产物。
图1
双极行星状星云。行星状星云是一种发光的气体和尘埃壳，在恒星演化的最后阶段从太阳状恒星中喷出。这里显示的是行星状星云M2-9（也称为双射星云）。报告行星状星云K4-47的观测结果，与M2-9一样，具有沙漏（双极）形状和高度准直的物质流出。作者发现K4-47含有意想不到的高含量的碳，氮和氧的稀有同位素。
或者，K4-47可能根本不是行星状星云。据推测，这可能是一个类似行星星云的星云，在这个星云中，一对相互作用的双星在一次爆炸中喷射出了扩展的星云。K4-47的同位素组成可以解释，如果这些恒星的相互作用导致爆炸，类似于经典新星，将允许热CNO循环。对这种情况的一种预测是，气体会以很高的速度喷射出来。是否观察到这种喷射?
施密特和他的同事说他们还没有看到这些高速物质外流，所以他们排除了超新星爆炸的可能。但这一发现与之前的研究形成了鲜明对比，此前的研究观察到，高速子弹的材料正从周围的介质中穿过。那么谁是对的呢?要回答这个问题，需要使用天文仪器对K4-47进行后续观测，这些仪器可以提取出关于该天体的高分辨率空间、动力学和化学信息。
不管怎样，K4-47富含通常与新星相关的产物，但它嵌在一个看起来像行星状星云的东西中，是迄今为止研究的同位素最不寻常的天体之一(与狐狸星座(CKVulpeculae13)一起)。需要详细的计算机建模和后续观察来梳理出K4-47祖先的真实性质。这样的工作可以告诉我们恒星中稀有的碳、氮、氧同位素是如何形成的。