宇宙中最極端的恆星

北京新浪網 10-23 10:09

新浪科技訊 日期:10月23日消息,據國外媒體報導,太陽其實是一顆挺無聊的恆星。「已到中年的」太陽,它的核心仍在燃燒著氫,對當前相對嬌俏的尺寸也沒什麼不滿意。儘管它會繼續保持這種狀態約50億年,但我們的太陽最終還是會耗盡氫,然後繼續消耗核心更深處的氦。這時候,太陽會在短短幾億年時間里膨脹成為紅巨星。在吞噬了距離最近的行星(可能也包括地球)之後,太陽會繼續剝落其外層,最終變成一顆悶燃的白矮星,周圍環繞著美麗的發光氣體行星狀星雲。

這就是大多數恆星瑰麗的一生。但是就像人一樣,有些恆星也有著截然不同的經歷。所以,接下來我們不妨快速了解一下宇宙中一些最極端的恆星。

體積最大的恆星:盾牌座UY

和DC宇宙一樣,有時候天文學家在描述某些真正非凡的東西時,採用的最簡單粗暴的方式就是在名字前面加上「超級」(super)一詞。像是超巨星——適合宇宙中已知最大恆星的一個類別。這顆最大的恆星叫盾牌座UY。某一天,太陽也會變成紅巨星。如果起初太陽的質量是現在的十幾倍的話,它說不定最終也可以變成紅特超巨星。(盾牌座UY也已經損失了很多質量。)這些恆星中最大的有時被稱為超巨星,可以膨脹到太陽大小的1000倍以上。但位於銀河系中心附近盾牌座的這顆盾牌座UY,寬度大約是太陽的1700倍。

1860年,德國波恩天文台的天文學家首先對盾牌座UY做了分類。但後來,研究人員注意到,盾牌座UY的亮度會每隔大約740天發生變化,於是他們重新將其歸類為變星。這類恆星有些是因為外部的原因而改變亮度,比如從我們的視角望去,被其他恆星或星雲或雲氣遮擋。但是,像盾牌座UY這些內因變星,它們的亮度改變是因為內部的物理變化,比如脈動。就盾牌座UY而言,它的亮度變化是因為尺寸的持續擴展和收縮,這也給精確測量其「腰圍」帶來麻煩。

但是和任何紅特超巨星(包括參宿四)一樣,盾牌座UY也註定會在爆炸中死去。在核心的氦燃料耗盡后,它會劇烈地融合越來越重的元素。但只要盾牌座UY在它的餘生中不噴出太多質量的話,它最後就會開始生產鐵。

一旦開始造鐵,這就相當於給恆星宣判了死刑。和融合較輕的元素不同的是,當恆星開始將兩個鐵原子核融合在一起時,這個過程不會釋放任何能量;相反,它會從周圍環境中吸收能量。最終導致塌縮:恆星不再能夠產生足夠的向外壓力以防止其在自身重力作用下內爆。

最終結果是什麼呢?一顆強大的核塌縮(II型)超新星——儘管過程短暫——但還是最終會讓盾牌座UY足夠明亮閃耀,以至於我們在地球上用肉眼也能看見它。

質量最大的恆星:RMC 136a1

星不可貌相。恆星的大小跟它的質量可沒有必然關係。宇宙中已知質量最大的恆星RMC 136a1就是如此。纖細的身材卻蘊藏巨大質量。雖然RMC 136a1的質量有超過300個太陽質量那麼多,但它的寬度僅是太陽的30倍。

RMC 136a1位於銀河系最大的衛星星系大麥哲倫星系中,是NGC 2070中眾多熾熱的恆星之一。這個巨大的開放星簇位於位於蜘蛛星雲的中心,而蜘蛛星雲也是銀河系星系團中已知最明亮的一處恆星形成區。多虧了哈勃太空望遠鏡的觀測,天文學家現在知道RMC 136a1隻是附近區域200多顆明亮的大質量恆星中的一個,它們都聚集在一個被稱為RMC 136的星簇中。但是,RMC 136a1是其中最明亮的那一顆。除了是質量最大的恆星之外,RMC 136a1也是最明亮的恆星。

雖然我們仍不知道這顆重量級恆星的確切年齡,但是根據2016年的一項研究,RMC 136a1可能還很年輕,只有幾十萬至一百萬歲,所以可以推測它的核心燃燒的可能也是氫。而且,因為RMC 136a1又是一顆罕見的沃爾夫-拉葉星,它的溫度極其高,布滿重元素,極強的恆星風持續吹走它的外層。

這些恆星風是那麼強大——每小時速度可達580萬英里,以至於等走到生命的終點時,這顆恆星可能會吹走足夠多的氣體,使得它的最終質量只有50多個太陽質量那麼多。即便如此,它也足夠大,可以產生令人驚訝的超新星爆炸。

最小的恆星:EBLM J0555-57Ab

尺寸就是恆星的一切。

如果一顆恆星超級大,它就會吞噬自己的燃料,從而匆匆走完一生。但是,如果一顆恆星又小又輕盈,那麼它的新陳代謝就會很慢,它的一生也會極其地漫長。但問題是,一顆恆星到底可以有多小呢?答案:EBLM J0555-57Ab就是那已知最小的。

EBLM J0555-57Ab的質量大約是85倍的木星質量,半徑比土星稍微大一點點。EBLM J0555-57Ab的狀態位於當前恆星模型中核心可發生氫融合的天體質量下限。

「我們的發現揭示了一顆恆星到底可以有多小,」來自劍橋大學的主要作者亞歷山大·博蒂切爾在2017年發現這顆袖珍恆星后說,「這顆恆星形成時如果質量再低一點點,那麼它核心的氫聚變就無法維持,屆時也就只能變成一顆褐矮星。」

雖然尚不為人所知,但褐矮星它不是行星,也不是恆星,可以說是一顆失敗的恆星。「了解恆星和褐矮星之間的區別可以幫助我們更好地弄明白恆星的形成與演化,」卡內基科學研究所專門研究最小恆星的天文學家謝爾格·迪特里里希說。

EBLM J0555-57Ab或許很袖珍,但其他袖珍的恆星也不少。比如,TRAPPIST-1這顆恆星,周圍有7顆類地行星,質量只比EBLM J0555-57Ab多一點點。又因為質量不到25%的太陽質量的恆星是最常見的恆星,也是擁有類地行星的極佳候選者,因此了解小恆星的生命或許可以幫助研究人員在它們周圍找到潛在的適宜居住的類地行星。

最熾熱的恆星:WR 102

恆星燃燒得越快,它的一生就越短暫。這鐵律尤其適用於沃爾夫-拉葉星。這類恆星不僅燃燒起來非常熾熱、非常明亮,它們的恆星風也會不斷把潛在的燃料吹向太空。目前已知最熾熱的恆星WR 102,就是這樣一顆沃爾夫-拉葉星,其表面溫度大約是太陽的35倍以上。

就像31冰激凌一樣,沃爾夫-拉葉星也有多種「風味」。質量最大的RMC 136a1的光譜類型為WN。但最熾熱的恆星WR 102則是一顆極其罕見的WO型沃爾夫-拉葉星。它是一顆晚期恆星,表面富含離子化氧。這麼說吧,在我們的整個宇宙中,天文學家所知道的WO型沃爾夫-拉葉星一共也就10顆左右。

即便是在沃爾夫-拉葉星中間,WR 102的恆星風也十足強烈。目前,WR 102的恆星風每10萬年從其表面吹走約一個太陽質量的物質,也就是說WR 102每年損失的質量是太陽損失的好幾億倍。雖然這對一顆大質量的恆星來說也沒什麼大不了的,但是考慮到這種速度,WR 102可能會在200萬年之內徹底消失。只不過,200萬年太久,沒人等得到。

天文學家對WR 102感興趣,不僅因為其表面地獄般的極高溫度和快速的質量損失,也因為它馬上就要到達恆星演化的最終階段——超新星爆炸。

最快的恆星:S5-HVS1

太陽以相對於銀河系490000英里/小時的速度在太空中移動。速度是挺快的,但也不算特別。能把自己的速度拿出來吹噓一番的是恆星中的「閃電俠」S5-HVS1,它是已知速度最快的恆星(非白矮星)。S5-HVS1是一顆中年超高速恆星,以超過每小時390萬英里的速度飛離我們的銀河系。作為參考,這個速度大約為光速的0.6%。

2019年,這顆恆星橫穿過南部星座天鵝星座時,被天文學家們第一次發現。追溯了它的軌道后,天文學家們很快發現,這個傢伙來自銀河系的中心,非常接近我們那大約400萬個太陽質量的超大質量黑洞人馬座A*。

「這太令人興奮了,因為我們一直懷疑黑洞會議超高速彈出恆星。但是,我們從未明確地將一顆這麼高速的恆星和星系中心聯繫在一起,」研究的主要作者卡內基·梅隆大學的謝爾蓋·科波索夫說,「我們認為,黑洞大約在500萬年前以每秒數千公里的速度彈出恆星。當時,我們人類才剛剛學會用兩隻腳走路。」

雖然目前只發現了一顆,但研究人員認為S5-HVS1遲早會有同伴的。有證據顯示,這顆恆星是在希爾斯機制過程中被彈出來的。天文學家傑克·希爾斯在三十年前提出了這個概念。也就是說,S5-HVS1曾經是雙星系的一部分,而這個雙星系跟人馬座A*有點糾纏不清。當雙星十分靠近黑洞時,黑洞會捕獲其中一顆恆星,而將S5-HSV1從雙星系中釋放,彈入太空。

對一顆恆星來說,這可能不是理想的結局,但至少它躲過了同伴的悲慘命運。(勻琳)

 

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