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人类首次发现:红巨星复活了它已经死亡的伴星

漫步宇宙 2018-03-09 20:11:17 阅读:

超罕见现象!事关宇宙星辰的“生死轮回”。

2017年8月,科学家在银河系中央探测到了一次X射线爆发。最近一项新研讨显示,这种闪光很可能是由中子星所释放出来的,而这颗中子星正从它的伴星——红巨星那里吸收物质。换句话说,这颗已经死亡的恒星被临近的红巨星复活了。

这一发现属于人类天文史上首次,甚至有可能改造当前的恒星演化理论。

人类首次发现:红巨星复活了它已经死亡的伴星

概念图显示的是一颗快速旋转的中子星以及伴随在其身旁的一颗红巨星,中子星正在吸取红巨星的物质

如我们所知,中子星是恒星演化的终点之一。

一颗质量约为太阳的25-30倍的恒星,在以极快的速度消耗掉所有核燃料之后,就会以超新星的形式自行爆炸并发生坍塌,留下的残骸将最终形成中子星。恒星在爆炸中会摧毁其自身的外层,释放出能够照耀整个银河系的光线和辐射,最终剩下一颗宽度仅为10千米的核心。

该核心密度极大,压强极高,能够将电子强行挤入质子当中,使得电子和质子结合形成中子——最终整个恒星核心的残骸物质全部成为了中子。

这就是中子星。在中子星密度条件下,一汤勺中子的质量就重达20亿吨。

中子星的另一个名字更广为人知——脉冲星。

1967年11月,无线电天文学家乔斯林·贝尔·伯内尔首次观测发现,中子星能够向宇宙空间释放无线电波及X射线。中子星虽然是死亡恒星,但它仍存在着强烈的磁场,会在角动量守恒原理作用下高速旋转,因此在地球科学家的观测中中子星信号呈现脉冲特性,因此获名脉冲星。

人类首次发现:红巨星复活了它已经死亡的伴星

该图显示,初始质量不同的恒星有可能会通过不同的路径发展演化

如果一颗中子星有幸与另一颗活跃恒星构成了双星系统,就能够从活跃恒星中继续获取物质。这些物质会在中子星表面聚集,达到一定数量后就会引发核反应,释放出强烈的无线电波及X射线。如果这些无线电波及X射线的释放位置位于中子星的两极地区,就能够冲出磁场的约束,冲向宇宙空间,远远看去就像两个明亮的电筒光柱。

这一过程将使脉冲星有规律地忽闪忽灭——这种天文现象曾经被认为是外星文明正在向我们发电报。

人类首次发现:红巨星复活了它已经死亡的伴星

图为Integral望远镜

本次这颗奇异的中子星是由欧洲航天局(下文简称ESA)的X射线及伽马射线空间望远镜(下文简称Integral)首先发现的。之后,ESA的X射线多镜面任务牛顿空间望远镜(简称XMM-Newton),以及NASA的核分光望远镜阵列高能X射线天文望远镜(简称NuSTAR)进一步观测发现,这颗中子星旋转速度很慢,每两个小时才旋转一圈。很特别的是,这颗中子星有一颗伴星——红巨星。

红巨星也是恒星演化而成——这类恒星通常质量为太阳8-20倍。在宇宙当中,脉冲星—恒星系统较为常见,中子星—红巨星构成的“共生X射线双星系统”就非常少见了。宇宙之大,目前也仅发现了10个。

更为有趣的情况是,这颗中子星正在吸取着红巨星的物质。

人类首次发现:红巨星复活了它已经死亡的伴星

图为欧洲航天局的XMM-Newton

“Integral空间望远镜的观测发现,展示了一个极罕见双星系统诞生的独特时刻。”本次研究报告主要作者、日内瓦大学科学家恩里科·邦佐说,“红巨星释放出足量的稠密物质,以物质风的形式向中子星缓慢移动,唤醒了死亡的恒星并使之释放出高能辐射,该现象还是第一次发现。”

测量结果显示,这颗中子星的磁场非常强烈,这意味着该中子星还非常年轻。大家可以据此推测:红巨星是一种极为古老的恒星,如果这颗中子星是在超新星爆发过程中形成的,那么爆发过程将会摧毁附近的红巨星,因此,该中子星不是通过超新星爆发形成的。

“如果事实确实如此,就让人很困惑了,”恩里科说,“存在两种可能的解释,第一是这颗中子星的磁场并未随着时间推移出现重大衰减;第二是双星系统中的中子星形成时间较晚。”

恩里科描述了第二种可能性的形成原因:恒星在死亡过程中不断吸取红巨星的物质,得以先行成为白矮星,之后才慢慢坍缩成为中子星,这一过程不同于传统的、短命巨型恒星进行的超新星爆发过程,因此才导致中子星形成时间较晚。

人类首次发现:红巨星复活了它已经死亡的伴星

图为哈勃望远镜拍到的恒星死亡过程

如果该推测被证实,就意味着恒星的死亡过程是可逆的,很可能就此改造当前的恒星演化理论。

ESA的研究小组称,该中子星目前仅在一阵一阵地吸取红巨星的物质,随着时间推移,双星之间的物质流动将会规律化,中子星旋转速度将会进一步降低并有规律地释放X射线。

“在过去15年中,Integral望远镜从未获得类似发现。因此我们认为,这是人类是第一次观测到红巨星‘复活’死亡恒星,将X射线开关打开的壮丽场景,”ESA科学家埃里克·库尔克斯说:“我们将持续观测,看这颗中子星是否会长期吸取红巨星物质,到目前为止,该天文现象还在持续进行中。”

据悉,本次研究报告将在《天文学与天体物理学杂志》刊发,有兴趣的读者可以进一步跟进详情。

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