天文學家發現「殭屍」恆星,它的死亡無休無止

2020-05-29     造就

原標題:天文學家發現「殭屍」恆星,它的死亡無休無止

巨型恆星比太陽大得多,它們的死亡過程通常是這樣的:在閃耀了億萬年之後,恆星的氫元素開始耗盡。沒有了這些燃料,恆星再也無力維持使其發光的核聚變。它的核心開始坍縮,溫度升高,產生越來越重的元素,直到主要剩下鐵元素。這時候,核心在一秒鐘內就會崩潰,在一場壯觀的「燈光秀」(即超新星爆發)中把恆星物質拋射出去,歷經數月,然後逐漸暗淡。死亡的恆星要麼留下一顆緻密的中子星,要麼形成一個吞噬一切光線的宇宙潛伏者:黑洞。

但是在這之後,恆星不可能繼續活著。

周三,一個國際天文學家團隊宣布,他們觀測到一次始於2014年、持續逾600天的超新星爆發,這是人類觀測到的最長超新星爆發。超新星的光線通常只能持續100天,超過130天就已經極為罕見了。天文學家翻找檔案數據時從一張攝於1954年的照片中發現,同一地點曾發生過另一次超新星爆發。研究人員表示,兩次爆發都源於同一顆恆星,它以某種方式挺過了一次爆發,並於60年後再次爆發。

美國宇航局三個太空望遠鏡觀測到的超新星。

2014年9月,由加州理工學院(Caltech)運營的帕洛馬瞬變工廠(PTF)觀測到了最近一次的超新星爆發,該工廠致力於發現新的天體。該爆發事件被命名為iPTF14hls,它被歸入普通的Ⅱ型超新星。拉斯康布瑞天文台(LCO,這是一個由機器人望遠鏡組成的全球性網絡)的天文學家曾在研究處於高峰期的超新星時查看過帕洛馬的數據,他們注意到了這一事件,但在看到超新星光線開始變得暗淡後又轉向他處。之後,在2015年年初,該天文台的天文學家艾爾·阿卡維(Iair Arcavi)讓實習生安德魯·王(Andrew Wong)重新梳理一遍整個數據集。王發現了一些不同尋常的事情:一度變得暗淡的iPTF14hls再次閃耀。他問阿卡維這是否正常。

「我說,絕對不正常,」阿卡維說,「那太奇怪了。」

畢竟,超新星爆發是一錘子買賣。「超新星先是閃耀,然後歸於暗淡,」他說,「它不應該再次閃耀。」

「隨著時間的推移,它變得越來越神秘。」

阿卡維原本以為,iPTF14hls更有可能是附近的一顆發光的恆星亂入到了超新星觀測當中。他和同事決定對這個天體進行一些取證,他們利用望遠鏡研究了它的光譜,這些光譜可以揭示有關化學成分、物質速度、爆發時間以及其他重要特性的信息。結果顯示,那不是一顆健康的活恆星,而是超新星。「我真的大吃一驚,」阿卡維說,「我完全沒想到會看到最典型的超新星光譜,也就是那種最乏味的超新星爆發。」

阿卡維調動拉斯康布瑞天文台的望遠鏡,讓它們不間斷地觀測這一神秘的爆發。每隔幾天,便有新的數據反饋過來。「隨著時間的推移,它變得越來越神秘,」他說道。這個超新星的存在對天文學家已知的所有恆星死亡理論構成了挑戰。

在兩年多的時間裡,iPTF14hls的亮度隨著時間的推移不斷變化,就好像它反覆爆發了多次。它拋射出來的物質看上去一直維持著相同的速度,並沒有逐漸變慢。而且,超新星爆發的溫度也沒有改變。關於恆星死亡的理論模型被一一排除,它們都無法解釋iPTF14hls的所有奇異特性。而從1954年照片中得到的發現進一步加深了研究人員的困惑。

天文學家最終確定了一個理論模型,它描述了「脈衝對不穩定性超新星」(pulsational-pair instability supernova)的可能存在,這是前所未聞的天文事件。在這個模型中,超大質量恆星(質量是太陽的100倍)的核心溫度會變得極度熾熱,以至於能量被轉化成物質和反物質。爆發隨之而來,把恆星外層物質拋射出去,但核心完好無損。在核心最終崩潰之前,可能出現更多次這樣的爆發,一直持續數十年時間。

但這個解釋存在局限性,iPTF14hls產生的能量遠遠高於理論預測。阿卡維說,看過這一研究發現的所有科學家都感到難以置信。「到現在,即使論文得以發表,我們仍然沒有任何理論或模型能夠充分解釋這些觀測結果,」他說。阿卡維還說,對於一篇未就如此重大難題給出具體答案的論文,他們經過了一番遊說才讓《自然》雜誌同意發表。但要真正解釋iPTF14hls,世界各地的天文學家將需要查看這些數據,並提出一個全新的模型。阿卡維表示,一些人甚至可能在自己的檔案數據中發現iPTF14hls的早期圖像。

哈佛大學史密森天體物理天文台(SAO)的天文學家薩拉·薩達沃伊(Sarah Sadavoy)沒有參與這項研究,她把經久不息的iPTF14hls稱為一次「奇異事件」。她說,該研究發現中最大的謎團是,研究人員在這場宇宙級爆發的現場發現了氫。「氫常見於這些巨型恆星的最外層,因此它們應該會在第一次爆發時就消失殆盡,」薩拉說,「這個特別事件的能級跟這種類型大多數超新星爆發相當,所以它仍然保有氫是講不通的。」

這顆恆星的死亡無休無止。

不過,這些宇宙謎團雖然叫人心生沮喪,但卻是一件好事。「對於巨型恆星的爆發機制以及相關的元素生成,還有很多東西是我們仍然不了解的,」麻省理工學院(MIT)專門研究恆星的天體物理學家安娜·弗萊貝爾(Anna Frebel)說,「發現這個天體似乎帶來了更多令人費解的『問題』,因為它是我們此前從未見過的,但正是這種挑戰幫助天文學家更深入地了解了恆星的死亡。」

阿卡維表示,這一發現將迫使天文學家重新審視他們此前觀測到的超新星。「每當有人報告觀測到此類超新星,我們就必須再去查看一遍,看看它屬不屬於這種奇異類型,」他說,「我們不知道之前已經錯過了多少。」

一些研究人員把iPTF14hls背後的恆星稱為「殭屍」恆星,即一顆在宇宙中發光的不死之星。阿卡維說,這個綽號讓他感覺複雜。《行屍走肉》(The Walking Dead)以及其他很多關於殭屍的描述向我們展示,經過艱苦卓絕的努力,這種不死生物還是可以殺死的。而且它們死了以後通常就再也沒動靜了,除非哪個倒霉蛋在它們還剩一口氣時就放鬆了警惕。這顆恆星的死亡卻是無休無止。

然而,iPTF14hls的光線從去年開始已經慢慢變得暗淡。天文學家希望,隨著被拋射出去的物質越來越多,該區域可以變得足夠透明,讓強大的天文望遠鏡能夠觀測到爆發的中心。哈勃望遠鏡將在下個月對iPTF14hls進行觀測。這個超新星的未來並不明朗,阿卡維及其同事不知道那顆恆星是否在爆發中得以倖免。

「現在的爆發持續了如此長的時間,這很奇怪,但這並不一定意味著該恆星仍然活著,」阿卡維說,「不管是哪種情況,我都不敢打包票。」

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-hk/tu9iXnIBnkjnB-0z_0V9.html