瘋狂的仙女座星系M31N 2008-12a恆星 已爆發百萬年

2021-01-08 全球熱點聚焦

仙女座星系是距離銀河系最近的大型星系,也是本星系群中最大的星系,直徑約20萬光年,銀河系直徑是10~12萬光年。天文學家根據觀測推斷,數十億年後,仙女座星系將與銀河系相撞,最終合併成一個橢圓星系。

仙女座對未來地球上的生命安全研究一直在論證中,使仙女座星系成為天文學家的重點觀測對象。

本次事件的主角是一顆白矮星M31N 2008-12a,即類似太陽大小的恆星在演化至紅巨星後坍縮而成的緻密內核。不過,M31N 2008-12a唱的並非獨角戲,還有一顆伴星相助力。

當一顆白矮星(已死恆星的內核)位於與另一顆恆星比較接近的軌道時,會從這顆恆星汲取氣體。這些氣體會變熱並壓縮,使白矮星最終爆炸產生一顆新星。爆炸導致恆星變亮百萬倍,並以每秒數千英裡的速度噴射出物質,這些物質就形成了圍繞這顆新星的殘骸(殼)。

他們利用哈勃太空望遠鏡等,確定了這塊超級殘骸的化學成分,並確認其與M31N 2008-12a有關。他們認為這一新星和殘骸可能與Ia型超新星有關。

Ia型超新星是宇宙中最強大、最明亮的天體之一。當白矮星超過其最大允許質量時,會作為Ia型超新星爆發。理論模型表明,被大型殘餘物環繞的經歷頻繁爆炸的新星必須擁有接近其質量極限的大型白矮星,這剛好與M31N 2008-12a的情況吻合。

沙特說:「Ia型超新星是了解整個宇宙如何膨脹和增長的關鍵部分。實際上,它們是測量杆,讓我們可以繪製出可見宇宙的地圖,但我們並不完全了解它們的來源。」

令人不可思議的是,每一次爆發都是無比驚人的,不僅會使M31N 2008-12a亮度增強上百萬倍,還會以光速的3%向外拋射出物質。隨著時間推移,反覆的爆發使周圍的塵埃氣體不斷向外膨脹,形成一片直徑超過400光年的龐大星雲。

根據星雲的尺寸推斷,M31N 2008-12a的反覆爆發可能已經持續了上百萬年,而這樣的瘋狂表演還在繼續。當然,萬事總有個盡頭,M31N 2008-12a自然也不可能無休止地反覆爆發下去。

隨著M31N 2008-12a不斷吸食伴星物質,當質量超過錢德拉塞卡極限(太陽質量1.44倍)時,會引發白矮星本身的大爆炸,這就是所謂的Ia型超新星爆發。

至於這場絢麗的宇宙煙火,我們是無福消受了。因為據天文學家推算,這一切將發生在大約四萬年之後。沙特團隊希望進一步釐清在M31N 2008-12a中觀察到的情況是否很罕見。他們稱,在其它新星周圍發現額外的大型殘餘物,將有助於識別出正經歷重複噴發的系統,並幫助確定有多少Ia型超新星及其形成、出現的頻率,以及它們與M31N 2008-12a這樣的新星之間的關係。

超新星

宇宙中存在著一些超乎我們理解力的地方,超新星就是這樣一個極端的例子。一顆恆星,如果它的質量和體積達到太陽的若干倍,當它耗盡燃料後,就會以一種極為猛烈的方式,在不到一秒的時間內死去。

在一瞬間,一整顆恆星都會向內坍塌,形成一個黑洞(或中子星),產生一系列宇宙間密度最大的元素,然後向外爆發,釋放出相當於幾百萬甚至幾十億顆恆星的能量。

但並不是所有超新星都是一樣的。超新星可以分為不同的類型,它們由不同類型的恆星產生,爆發的方式各不相同,留下的殘骸也不一樣。

超新星大體上可以分I型和II型,每一型又可分為多個子類。

II型超新星

氫在恆星內部通過聚變轉化成氦。這樣的反應會以光子的形式釋放出能量,光壓會抵消掉朝向恆星內部的引力作用,恆星因此保持穩定。

像太陽這樣的恆星,由於質量的限制,無法通過聚變生成比碳(氦聚變的產物)更重的元素,因此一旦氦耗盡,核聚變就會停止。太陽會變成一顆白矮星,然後慢慢冷卻。

但是,如果恆星的質量達到太陽的8至25倍,核聚變就會一直進行下去,生成更重的元素。氫耗盡後,氦開始燃燒並生成碳;氦耗盡後,碳開始燃燒並生成氖;碳耗盡後,氖開始燃燒……

核聚變會像鏈條一樣一直進行下去,直到生成鐵。鐵聚變成更重的元素,需要消耗的能量大於它釋放出的能量,因此聚變只能到此為止。

聚變一旦停止,光壓便無法再抵擋強大的引力,恆星的外層就會在不到一秒鐘的時間內向內坍縮,物質高速撞上堅硬無比的內核,然後猛烈反彈,形成壯觀的超新星爆發。

恆星的內核也會在爆發中變成緻密的中子星。如果恆星的質量達到太陽的25倍以上,其內核就會變成一個黑洞。

質量超過太陽100倍的超級巨星在超新星爆發中幾乎會屍骨無存。

宇宙誕生後不久,太空中曾經出現過許多質量達到太陽幾百甚至幾千倍的超大質量恆星,它們是由純氫和純氦構成的。這些巨獸的壽命極短,爆發時產生的能量也是我們難以想像的。

I型超新星較為罕見,它是由一種奇特的雙星系統產生的。

在這樣的雙星系統中,有一顆必須是白矮星,也就是死去已久的主序星殘骸。另一顆可以是任意類型的恆星,如紅巨星、主序星,或另一顆白矮星。

這兩顆恆星必須十分靠近,因此白矮星會從它的同伴那裡竊取物質,讓自己變得越來越大。當它竊取的物質質量達到太陽的1.4倍時,就會爆發成超新星。

由於存在這個1.4倍的指數,天文學家可以把Ia型超新星當成在宇宙中測量距離的「標準燭光」。由於我們知道多大的能量能夠導致超新星爆發,因此就能計算出它和我們之間的距離。

宇宙中能夠觸發超新星爆發的機制其實很多,恆星的合併、白矮星的合併,甚至是中子星的合併都會引發超級超新星和伽瑪射線暴的出現。不過這種現象本身是較為罕見的。

物理學家用粒子加速器製造出了許多周期表上原本沒有的重元素。像第117號元素Uus(Ununseptium)和第113號元素Uut(Ununtrium)。製造這些元素需要極大的能量,它們的半衰期也極短,能夠存在的時間可能連一秒都不到。

而在超新星爆發中,可能會產生許多這樣的元素。這是一種威力極大的超級粒子加速器。

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