天文学家捕获了一次星际碰撞

新的观测提供了迄今为止最佳的视角,展示了一颗恒星如何“击倒”其邻居。
Two stars colliding and making a colorful cloud of gas
这些气泡和云代表了两个恒星的终结和星云的开端。ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),Olofsson 等。鸣谢:Robert Cumming

恒星的生命,与人类的生命颇为相似,常常在相对短暂的时间内结束。经过数十亿年的燃烧,一颗中等大小的恒星会变红,膨胀成一个巨大的球体,并在大约一千年的时间里脱落其外层。这些死亡的挣扎会喷射出尘埃和气体云——被称为行星状星云——它们将星尘散播到宇宙虚空中,同时以其错综复杂的形状和(人工添加的)迷幻的色彩方案取悦天文爱好者。

但天体物理学家们早就知道,事情不可能如此简单。虽然恒星是简单的圆形气体球,但许多这样的“前恒星”却拥有复杂、完全不规则的形状。在这些情况下,一些东西,很可能是附近的一颗恒星,一定是在死亡时刻被卷入了进来,引发了一场激烈而难以建模的“探戈”。现在,天文学家们使用智利的ALMA望远镜,捕捉到了其中一个系统(命名为HD101584)在“舞蹈”中期的迄今为止最清晰的图像,让理论家们得以详细了解这一罕见事件。

“这些观测中最令人兴奋的是它们发现系统所处的演化阶段,”来自加那利群岛天体物理研究所的David Jones表示,他并未参与这项研究。他说,在这里,两颗恒星“一千年前或更早就开始互动,这使得HD101584真正是‘新鲜出炉’的。”

HD101584在20世纪80年代首次引起人们的注意,当时天文学家们注意到它在光谱的红外部分显得有些过亮——这表明系统中有尘埃和气体在旋转。后来的观测发现这颗恒星在摇摆,暗示着附近伴星的引力牵引。

天文学家们必须等到ALMA,一个可以被重新配置以充当数英里宽望远镜的抛物面碟形天线阵列,才能进行详细的观测。对HD101584的放大观测,它位于我们星系中距离“南十字座”约3000光年的地方,以前所未有的细节揭示了新生星云云团的形状。

ALMA看不到恒星本身可见光,它通过红外线和无线电波之间的光来成像系统的气体和尘埃,并测量它们的速度。从我们地球的角度看,绿色的圆圈代表了一圈向外喷射的物质。这个圆环平坦地位于这两颗恒星轨道的平面上,它们在中部的绿色圆点处相互绕转。强大的喷流以接近每秒100英里的速度,将分子气体直接向我们(蓝色)和远离我们(红色)的方向喷射。虽然这些从地球上看呈圆形的结构,但从侧面看,它们会形成被撕离中心恒星的拉长的水滴状。

在这些特征中,瑞典翁萨拉空间天文台的天文学家、新研究的参与者Hans Olofsson看到了恒星戏剧性的故事。大约1000年前,中心恒星耗尽了燃料,膨胀成一颗红巨星。我们的太阳将在几十亿年后也会这样做,在此过程中烤焦内行星(包括我们)。没有人知道这颗恒星是否有行星,但它确实有一颗伴星,而且它变得如此巨大,以至于它实际上吞噬了那颗伴星——进入了一个知之甚少的阶段,称为“共包层”演化,即一颗恒星严重侵入另一颗恒星的个人空间。

在红巨星炽热等离子体中环绕运行,伴星努力保持稳定并迅速螺旋式地接近其伴星的核心。这两颗恒星会发生碰撞,如果巨星没有同时喷出物质并收缩到足够让伴星从包层中逃逸,结束它致命的俯冲。如今,这两颗恒星以大约金星和太阳之间的距离和平共处。这次互动像开始时一样迅速结束,如果天文学家们早几百年建造ALMA,他们本可能实时目睹这一切。

但是,去年的新观测,发表在《天文学与天体物理学》杂志上,代表了次优的选择。由于这种“俯冲”发生的速度远远快于悠闲的初始轨道运行,目前没有任何理论可以描述从头到尾的整个过程。相反,理论家们试图一步一步地捕捉。因此,整体图像仍然粗糙且不确定,这使得这张真实快照变得极其宝贵。“在模拟中,我们没有这样完整的结构,”研究共包层演化的加拿大阿尔伯塔大学天体物理学家Natasha Ivanova说。

在新的数据中,她看到了值得庆祝的成功和需要思考的谜团。她说,特别是喷流的形状和质量与此类系统在俯冲时应该喷射出的喷流相符,进一步的分析可能会解决关于喷流是在俯冲之前还是在俯冲期间开启的小争议。她还发现绿色气体(红巨星包层的残骸)的环状形状很奇特,并想知道所有这类系统是否都以扁平的赤道状“煎饼”而不是球形壳状抛弃其外层。

未来的观测和分析可能会回答其中一些问题,但目前研究人员对能够捕捉到如此适时的快照感到庆幸。“我非常惊喜地发现它如此壮观,”Olofsson说。

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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