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一个罕见宇宙现象的确凿证据

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原理 2021-09-05 21:56
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在我们的宇宙中,遍布着不同质量大小的恒星,它们有着各自的生命周期。当一颗大质量恒星耗尽其燃料并发生爆炸时,就会发生核心坍缩超新星

但并非所有的恒星都是孤立的,有的恒星是以双星系统的形式存在的。一些理论物理学家曾预言这样的场景:在双星系统中,当其中一颗大质量恒星先于另一颗爆炸时,会留下一个致密天体——黑洞或中子星。接着,如果致密天体与伴星并合,就可能引发相似的爆炸....

这种场景被理论学家称为“合并后引发的核心坍缩超新星”。然而一直以来,天文学家并没有观测到过这样的事件。现在,一篇发表在《科学》杂志上的新论文,首次为这种罕见事件提供了确凿证据。

这项发现的第一条线索源自于当天文学家检查甚大阵巡天 (VLASS) 从2017年开始观测的图像。当时,他们捕捉到了一个发出 射电信号 的明亮天体,其亮度与在地球上看到的超新星一样。但是,在1994年至2005年的同一天空区域的VLA巡天数据中,并不存在这个信号。

随后,他们利用VLA和凯克望远镜对这一天体进行了观测,确定了这个明亮的射电辐射源自于距地球约4.8亿光年之远的一个星系的外围 。他们将其命名为VT J121001+495647。凯克望远镜捕捉到, 有明亮的物质流从VT J121001+495647的中间位置以极高的速度向四面八方喷射而出 。对这种场景最简单的解释是,那里曾发生过一次高能爆炸。

再接着,当天文学家搜索在同一天空位置发生的不寻常天文事件档案时,他们从装载在国际空间站上的望远镜MAXI的档案数据中,发现了 一个极其明亮的X射线源,这个X射线暴与2017年捕捉到的射电暴出现在同一位置,但发现时间是2014年

通过将这些观测数据整合在一起,天文学家拼凑出了两颗大质量恒星之间的长达几个世纪的“死亡之舞”的迷人历史:

在很久以前,一个双星系统诞生了。这里两颗恒星的质量都比太阳要大得多,彼此紧密地围绕着对方运行。其中,质量更大的一颗在正常的、核聚变驱动的生命周期中演化得更快,并爆炸成为超新星,形成一颗黑洞或者超致密中子星。

大约在300年前,这两个天体开始靠得越来越近,使得已死亡的那颗恒星进入了伴星的大气层。此时,二者之间的相互作用开始将气体从伴星喷射到太空中,喷射出来的气体围绕着这一对双星系统呈螺旋状向外旋转,形成了一个不断膨胀的环面。

最终,这颗已形成的黑洞或中子星向内进入了伴星的核心。通常情况下,在恒星的核心处发生的元素的有序聚变,能够产生足够的能量来防止核心因自身的引力而坍缩。然而, 进入了伴星核心的黑洞或中子星会干扰那里的核聚变,使整个系统就会轰然倒塌,产生超新星

在这个过程中,坠落的伴星可能短暂地形成了一个吸积盘,它紧紧围绕着“入侵者”运行,并以接近光速的速度将物质流向外喷射,穿过恒星。国际空间站上的MAXI所看到的X射线就是由这一喷射产生的,这证实了这一事件发生的日期是2014年。 天文学家指出,其实无论如何,这个双星系统中的伴星最终都会爆炸,并且只是加速了这一事件的发生。

事件发生的时间。在上半部分的图所显示的是黑洞或中子星剥离了恒星的外层,在其周围形成了一个圆盘状的物质;下半部分的图所显示的是黑洞破坏了恒星的核心,引发了超新星。| 图片来源:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

天文学家所有碎片都聚集在一起,讲述了这样一个令人惊喜的故事。这似乎是对合并后引发的核心坍缩超新星的首次观察。另外天文学家表示,在过去的观测历史中,他们也曾捕捉到一些其他的奇怪现象,那些现象或许也是由类似的机制造成的。只是对于那些天体,天文学家还没有收集到像VT J121001+495647那般丰富的数据,因此无法精确地确定事件的时间。现在,新的结果为这些现象设立了一个很好的模型,相信未来他们将能够识别出更多奇怪的事件。

#创作团队:

文:不二北斗

#参考来源:

https://public.nrao.edu/news/stellar-collision-triggers-supernova/

https://arstechnica.com/science/2021/09/cosmic-indigestion-swallowing-a-neutron-star-can-cause-star-to-explode/

https://www.sciencenews.org/article/astronomy-star-swallow-black-hole-supernova-cosmology

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg6037

#图片来源

封面图:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

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