天文學家發現「不會死亡」恆星的新線索

當一顆恆星表現得就像它爆炸了一樣，但它仍然存在時，會發生什麼?大約在170年前，天文學家目睹了一場大爆發，它是銀河系中已知最亮的恆星之一。爆炸釋放的能量幾乎和標準超新星爆炸釋放的能量一樣多，船底座海山二星活了下來。對爆發的解釋已經被天體物理學家所忽略，他們不能讓時光機器回到19世紀中期，用現代科技來觀察爆發。然而，天文學家可以使用自然的「時間機器」，這是由於光在空間中以有限的速度傳播。不是直接朝向地球，而是來自爆發的一些光從星際塵埃中反彈或「回聲」，現在正在到達地球。這種效應被稱為光回波。光線就像一張明信片，在郵寄過程中丟失，170年後才到達。

博科園-科學科普：通過使用地面望遠鏡對延遲光進行現代天文取證，天文學家發現了一個驚喜。對19世紀40年代噴發的新測量顯示，物質膨脹速度破紀錄，達到天文學家預期速度的20倍。觀察到的速度更像是超新星爆炸中爆炸衝擊波所噴射出速度最快的物質，而不是在它們死前從大質量恆星發出相對緩慢和緩的風。基於這些數據，研究人員認為，噴發可能是由三顆吵鬧的兄弟恆星之間長時間恆星爭鬥引發，這三顆恆星摧毀了一顆恆星，並將另外兩顆恆星留在了雙星系統中。這場爭鬥的高潮可能是一場猛烈的爆炸，埃塔·卡里納伊吞噬了它的兩個同伴中的一個，將太陽質量的十倍以上送入太空。噴出的物質產生了巨大的兩極葉，類似於當今圖像中所見的啞鈴形狀。

這張六面圖顯示了一種可能的情況，即170年前的大爆炸來自於恆星系統Eta Carinae。埃塔最初是一個三星系統。系統中有兩個巨大的恆星(A和B)在軌道上運行，第三個伴星C在更遠的地方運行。圖片：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

研究結果由亞利桑那州圖森市亞利桑那大學的Nathan Smith領導的研究小組和馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所的Armin博士共同發表。在智利的Cerro Tololo美洲天文台，從2003年以來，在可見光圖像中發現了可見光的回聲。研究小組在同樣位於智利的麥哲倫天文台和雙子天文台使用更大的望遠鏡，利用光譜學分析了光線，使他們能夠測量噴出物的膨脹速度。他們記錄到物質以每小時超過2000萬英里的速度快速移動(足夠快，幾天內從地球到冥王星)。這一發現為解開圍繞泰坦尼克號驚厥的謎團提供了新的線索。在1837年至1858年之間，泰坦尼克的驚厥使其成為地球上第二亮的夜間恆星。這些數據暗示了它是如何成為銀河系中最明亮、最巨大的恆星的。

在一顆似乎發生了強烈爆炸的恆星上看到了這些非常高的速度，但不知何故，這顆恆星倖存了下來。要做到這一點，最簡單的方法是使用一種衝擊波，這種衝擊波會離開恆星，將物質加速到非常高的速度。通常情況下，當大質量恆星的核心坍縮形成中子星或黑洞時，它們會在由衝擊波驅動的事件中最終消亡。天文學家在超新星爆炸中發現了這一現象。那麼，如何讓一顆恆星爆炸，產生一個由衝擊波驅動的事件，但這還不足以完全摧毀它自己呢？一定是某種劇烈的事件將適量的能量注入了恆星，導致它將外層噴射出去。但能量還不足以完全湮滅恆星。有一種可能是兩顆恆星的合併，但很難找到一種方案能與Eta Carinae的所有數據相匹配。

研究人員認為，要解釋圍繞著爆發所觀察到的大量事實，最直接的方法是通過三顆恆星的相互作用來解釋，即物體交換質量。如果是這樣的話，那麼現在剩餘的雙星系統一定是從三星系統開始的。之所以認為一個瘋狂的三星體系的成員之間存在相互作用，是因為這是對當今的同伴如何在其更大的同胞之前迅速失去外層的最好解釋。在該研究小組提出的設想中，兩顆巨大的恆星正圍繞著更近的軌道運行，另一顆則在更遠的地方運行。當最巨大近距離雙星接近生命的盡頭時，它開始膨脹並將大部分物質傾倒在比它小一點的雙星上。這個兄弟姐妹現在的體重已經達到太陽的100倍，而且非常明亮。這顆恆星目前只有大約30個太陽質量，它的氫原子層被剝離，露出了熾熱的氦核。

熱氦核恆星被認為是大質量恆星生命進化的高級階段。從恆星演化的角度來看，有一個相當堅定的認識，那就是更多的大質量恆星的生命周期更短，而較小的大質量恆星的壽命更長。因此這顆熾熱的伴星似乎在其演化過程中走得更遠，儘管它現在的質量遠不及它所環繞的那顆恆星。如果沒有質量的轉移，這就說不通了質量轉移改變了系統的重力平衡，而氦核恆星則遠離它的怪物兄弟。這顆恆星傳播得如此之遠，以至於它通過引力與最外層的第三顆恆星相互作用，將其向內踢去。經過幾次近距離的傳球後，這顆恆星與它的重量級夥伴合併，產生物質流出。在合併的初始階段，隨著兩顆恆星越來越近的螺旋旋轉，噴出物變得越來越密集，膨脹速度也相對緩慢。後來，當這兩顆內部恆星最終結合在一起時，發生了爆炸事件，爆炸釋放出的物質運動速度比原來快了100倍。

這種材料最終趕上了緩慢的噴出物，並像掃雪機一樣撞向它，加熱材料並使其發光。這個發光的物質是一個半世紀前天文學家觀測到的主要歷史噴發的光源。與此同時，較小的氦核恆星進入橢圓軌道，每5.5年穿過巨大的恆星外層。這種相互作用產生x射線發射衝擊波。更好地理解伊塔·卡里納伊火山爆發的物理學，可能有助於揭示雙星和多星之間複雜的相互作用，這對理解大質量恆星的演化和消亡至關重要。埃塔船底座星系距離船底座星雲7500光年，這是一個巨大的恆星形成區域，在南方的天空中可以看到。該研究小組在8月2日刊登在英國《皇家天文學會月報》上的兩篇論文中公布了他們的發現。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻《 皇家天文學會月報》｜研究/來自：ESA /哈勃信息中心

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