天文學家:參宿四可能吞噬了另一顆恆星

2023-11-11     魅力科學君

原標題:天文學家:參宿四可能吞噬了另一顆恆星

在天空中位於獵戶座方向,距離我們大約640光年的位置上,有一顆名為「參宿四"(Betelgeuse)的恆星,它的體積大約是太陽的7億倍,平均光度大約是太陽的10萬倍,在觀測條件良好的情況下,我們在地球上僅憑肉眼就可以看到它。

參宿四之所以會如此龐大,其實是因為它已經演化到了「紅超巨星」階段,這個階段被認為是大質量恆星的「生命末期」,而這也就意味著,在不遠的未來,參宿四就可能發生超新星爆發,又或者,它已經發生了超新星爆發,只是由於光速的限制,我們現在還沒有觀測到。

(註:超新星爆發被稱為已知宇宙中威力最大的爆炸,其在短時間內釋放出的能量,可以相當於太陽在整個主序星階段釋放出的能量總和,甚至還更高,爆發時的亮度,甚至可以將整個銀河系照亮)

那麼,參宿四會在什麼時候爆發?或者說,我們怎麼去知道它是否已經爆發了呢?這些問題目前還沒有確定的答案,這是因為我們對它的基本特徵的了解還不夠精確,為了解決這些問題,天文學家們也一直在試圖利用不同的方法和更多的觀測數據來限定參宿四的基本特徵,從而推斷它的爆發時間。

在研究過程中,參宿四的一個奇怪的特徵引起了天文學家的注意,那就是它的自轉速度,觀測數據表明,在自轉過程中,參宿四的赤道線速度大約為每秒鐘5.5公里,這比之前的估計值要快得多,作為對比,太陽的赤道線速度的線速度也才每秒鐘大約2公里。

(參宿四實拍圖)

需要知道的是,由於角動量守恆,恆星的自轉速度會隨著它的膨脹而減慢,這樣的情況就像是一個原地旋轉的溜冰者伸開雙臂一樣,所以對於像參宿四這種已經膨脹得如此巨大的恆星來講,它的自轉速度的實在是太快了。

那麼,參宿四的自轉為什麼會這麼快呢?對此,天文學家給出了一種合理的假設,即:參宿四可能吞噬了另一顆恆星,在吞噬過程中發生了大規模的物質噴發,這使得參宿四的自轉速度出現了明顯的增加。

為了驗證這種假設,一個來自路易斯安那州立大學的研究團隊,用計算機模型對其進行了研究,在經過了大量的三維流體動力學模擬之後,研究人員發現,最符合實際情況的是:一顆16倍太陽質量的「大恆星」吞噬了另一顆4倍太陽質量的「小恆星」。

模擬結果顯示,當這兩顆恆星之間的距離足夠近時,會共享一個共同的物質包層,隨著時間的推移,「小恆星」會沿著一條螺旋形的軌跡向「大恆星」的核心墜落,並最終與「大恆星」的核心合併在一起,此過程中釋放出了巨大的能量,這導致了大量的物質以噴流的形式噴射到宇宙空間之中,其速度高達每秒種200至300公里,進而造成了「大恆星」的自轉速度大幅增加。

研究人員指出,已知宇宙中的大質量恆星大部分都是有伴星的,所以參宿四很可能也曾經有一顆伴星,除此之外,已知的觀測數據顯示,參宿四的周圍有一些不對稱的氣體和塵埃結構,它們可能就是參宿四在吞噬了另一顆恆星之後留下的遺蹟。

而參宿四的質量在16至19倍太陽質量之間,這基本符合此次模擬結果的數據,更重要的是,參宿四的另一些特徵如形狀、溫度、自轉速度、化學成分和質量損失率等等,也與此次模擬結果的數據基本符合,所以此次研究給「參宿四可能吞噬了另一顆恆星」這種假設,提供了理論上的支持。

就目前的情況來看,這種假設還需要進一步的驗證,可以想像的是,如果該假設得到了證實,那麼我們對參宿四的演化進程的了解就將會更加全面,進而對「參宿四會在什麼時候爆發」、「參宿四是否已經爆發」等問題作出更準確的判斷,期待在未來的研究工作中,天文學家能有更多的發現。

參考資料:Betelgeuse as a Merger of a Massive Star with a Companion,arXiv:2310.14603v1

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/3901825de3e6132105d152c4237e815c.html