罕见的星体碰撞形式解决百年谜团

cbj发表于2018-10-23 00:00:00

一颗闪亮的新星在1670年六月的上空出现。法国第戎的卡尔特会僧侣Père Dom Anthelme和波兰格丹斯克的天文学家Johannes Hevelius看到了它。之后的几个月里,它渐渐消失不见。但这颗新星在1671年三月再次出现,并且变得更加明亮,成为了空中最亮的100颗恒星之一。之后它又逐渐变暗并在夏末彻底消失。然后到了1672年,它第三次出现,但几乎无法用肉眼看见。几个月后它又一次消失并且从那以后再也没有出现过。

这一直以来似乎都是一件奇怪的事。数世纪以来,天文学家都把它看作是已知最古老的新星,也就是一种恒星爆炸。但这种解释到了20世纪就站不住脚了。新星是一种相当普遍的事件,当氢气在一颗已经灭亡的恒星中燃烧,并因此导致热核失控反应时就会产生新星。当恒星的核心向内破裂之后,恒星也会像超新星一样爆发。然而,我们现在知道上述两者都不会产生这场事件中新星重复出现的情况。

所以它究竟是什么呢?我们发表于《英国皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)中的新研究给出了一个全新的解释。

美国天文学家Mike Shara在1982年发现了一个星云,那是一个充满了尘埃、氢气、氦气和其他气体的星际云团,而他发现星云的地方就在那颗消失的恒星的位置,这颗恒星从此被命名为CK Vul。这证明了这里确实发生过什么。之后天文学家注意到那个星云在大约300年前就开始扩张。但他们并不能看见那颗恒星本身。

著名的天文学家Hevelius在这幅图中记录了“新星”的位置(红色标记的地方),英国皇家天文学会发表了该发现。CC BY-SA

当天文学家Tomasz Kamiński 发现那个星云包含了一种最不寻常的元素混合的时候,事情就变得更加奇怪了。他发现这些元素中有两种同位素(与“普通”原子相比在原子核里有着不同数量的中子的元素)十分丰富,即一种氮元素(15N)和放射性铝(26Al)。这些元素需要在极高的温度下才能形成。不论发生了什么,这都是一场高能量的事件。

新观察

我们用智利天文台的阿塔卡玛大型毫米波阵列(ALMA)观测到了恒星的位置。这个外表壮观的望远镜使用了64个独立的抛物面天线,并在光的微波范围里观察。它尤其适用于检测太空中的分子辐射。我们发现那场事件里产生的碎片形成了两个尘埃环,类似于一个沙漏。这一沙漏镶嵌在之前观察到一个的更大的沙漏中,并且它自身也包含了其他像俄罗斯套娃一样嵌套的结构。

这样沙漏状的双叶表明了来自中心的喷流的存在,它们形成了相对的两个气泡状尘埃环。但是这个沙漏的角度略有不同,暗示了它原始的结构经历了一个持久的旋转过程。不管究竟发生了什么,那都不只是一个单一的爆炸。喷射过程必定花了一些时间。

由阿塔卡玛大型毫米波阵列(ALMA)观测到的尘埃环。CC BY-SA

但如果不是发生了爆炸,那究竟发生了什么呢?除了恒星爆炸,还有一种可能是两颗恒星之间的碰撞。近些年来,这些稀有事件吸引了众多关注。2008年,在靠近我们银河系中心的地方发生了一场碰撞。对撞的恒星在最终融合之前紧密地围绕着彼此。

在这场事件中,那两颗恒星比之前亮了100倍,但在之后的两年里又逐渐消失了。相似的事件可能在2000年也发生过,当时有一个叫做V838 Mon的恒星就突然变亮,之后亮度逐渐减弱。

CK Vul可能是两颗正常恒星之间融合的结果。但情况似乎不是这样的。不过幸运的是,由于恒星有很多种类型,可能发生的碰撞也有很多种。我们已经发现来自恒星光谱另一边的两颗恒星可能产生了天空中所见的沙漏图案。

主角可能是一颗白矮星,这是恒星(如太阳)在到达生命尽头后所留下的高密度剩余物。配角可能是一颗褐矮星,那是介于恒星与行星之间的物体:太轻以至于不能产生通常发生在恒星中心的氢聚变,但它又太重了而不能成为一颗行星。它们比木星重10到80倍。褐矮星可能比较常见,但它们不容易被发现因为它们太暗弱了。

一颗白矮星与一颗褐矮星之间的碰撞将会非常壮观。褐矮星可能会被更重并且密度更大的白矮星撕碎。一些被撞碎的矮星会降落到白矮星上并为热核反应提供燃料。剩下的褐矮星会被卷入到爆发产生的碎片里。

与普通的恒星不同,白矮星可能十分暗弱,而且在融合和热核爆发后会最终恢复到这个亮度。剩下的尘埃壳也可能有所贡献,使得白矮星在可见光下变得不透明。一般恒星在融合之后依然会留下一颗正常亮度的恒星,即使被尘埃壳遮挡了,在红外光下也能看见。

这是实际上发生的事吗?我们制作了一个貌似合理的模型,但需要更多测试以提供确凿证据。比如,这一碰撞是否能够提供形成放射性铝的合适条件?在未来的观测里,我们可以通过观察沙漏结构最深处的细节来寻找答案。

我们的发现是有史以来第一次探测到白矮星和褐矮星之间的碰撞。这一发现一旦被确认,我们可以用它来寻找其他类似的事件。天文学是一场冒险:是物理与发现的完美混合。我们还在不断探索。

原文链接:

https://theconversation.com/how-we-solved-a-centuries-old-mystery-by-discovering-a-rare-form-of-star-collision-104609

作者:Albert Zijlstra

翻译:史心悦

审校:郭晓

本文来自:环球科学
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