宇宙中威力最大的爆炸之一將在我們附近發生

2020-12-04 天文在線

本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。

圖解:動畫模擬顯示一顆恆星周圍氣體與塵埃間的動蕩,天文學家認為,該恆星不久以後將變為超新星。

前方高能,做好準備,因為我們銀河系的一顆恆星將要爆炸,這將是宇宙中最具活力的事件之一。

由Joe Callingham領導的,來自荷蘭無線電天文學研究所(ASTRON)一組國際天文學家發現一對距離地球約8000光年的炙熱明亮的恆星,並且其中一個正在慢慢向超新星過渡。

該團隊預測這一變化將會導致伽馬射線爆發,這會是銀河系中第一例人們已知的,將會變為超新星的恆星。

這一研究結果發表在《自然天文學》期刊上。

伽馬射線爆發是指由高能量輻射帶來的劇烈閃光,它們在各處持續的時間從幾分之一秒到幾分鐘都有。它們是宇宙中威力最大的爆炸,也是除了創世大爆炸之外最明亮的光源。在爆發的巔峰時刻,它們幾乎可以使整個宇宙黯然失色。

最重要的是,每一次伽馬射線爆發只能被觀測到一次,而此時它的發源地已被摧毀或面目全非。數十年的觀測以及理論模型的建立讓天文學家們相信,伽馬射線爆發的原因是兩個緻密天體的撞擊(例如雙星系中的兩個中子星)或是單顆大質量恆星的坍塌。

上述兩種方法都會導致黑洞的形成,黑洞的周圍環繞著一個快速旋轉的碟形物。天文學家認為當黑洞吞下物質時,兩股強大的高能量伽馬射線就產生了。

這顆發現的恆星綽號為Apep,即埃及蛇形混沌之神,它屬於第二類(單顆大質量恆星的坍塌造成的)。

這對恆星都屬於沃夫-瑞葉(Wolf-Rayet)星,巨大,炙熱,正在快速走向其生命的盡頭。由於它們每隔幾百年繞著彼此旋轉,來自彼此的強烈的恆星風形成了優雅的塵圈。

「當看到螺旋狀的的塵埃尾時,我們立即意識到自己正面對一個罕見且特殊的,被稱之為針輪的星系」。另一位作者,來自澳洲雪梨大學的天文學家Peter Tuthill說道。

「捲曲的塵埃尾是由處在中間位置的,沿著軌道運行的雙星形成的,它們向不斷膨脹的恆星風注入塵埃,製造出一種好像草坪噴灌器的模式。由於恆星風擴張了太多,使得這些微小的塵圈膨脹起來,這就暴露了處於星系中央的恆星的物理成分」。

然而,該團隊很快又遇到了難題。他們利用歐洲南部天文臺安裝在智利的巨型望遠鏡(European Southern Observatory’s Very Large Telescope)以及位於澳洲的英澳望遠鏡(Anglo-Australian Telescope)測量出恆星風的速度為每小時12,000,000千米--出乎意料的快。

然而,由此產生的塵埃的運動速度卻慢了許多,僅為每小時2,000,000千米。

Tuthill 說:「這種情況好像是發現一根羽毛在颶風中沿著人行道緩緩飄動」。

圖解:合成圖像顯示在目標系統中的兩顆恆星繞著彼此運行。

本文的合著者,紐約大學的Benjamin Pope這樣解釋:「對於這種系統運作的方式,唯一能給出的合理解釋就是沃夫-瑞葉(Wolf-Rayet)恆星正在以不同的速度向外噴射氣體。

雖然Apep的兩極正快速噴發出炙熱的氣體,但是在其赤道處風速卻有所減慢且風變得更密集。這樣的風常見於高速旋轉的恆星——Apep的轉速快到幾乎要將自己撕裂了。

「高速旋轉將Apep置於一個全新的類別中」,Pope解釋道。「正常的超新星已經是極端事件了,如果再加上旋轉,那可謂是火上澆油了」。

這樣的情況下可能會產生完美的恆星風暴——當Apep最終坍塌死亡,可能會導致一場伽馬射線爆發。

在此之前,天文學家們只在遙遠的星系中見過長周期的伽馬射線爆發。他們並未預期到這一現象會在銀河系出現,因為這裡所有大質量的恆星都富含金屬,而人們認為要想出現伽馬射線爆發,沃夫-瑞葉恆星應該具備高速轉動且金屬含量低的條件。

本文的主要作者Callingham認為:「這是因為恆星風失去質量時,金屬會帶走它許多的角動量,從而對恆星的旋轉起到了一個有效的剎車作用」。

因此,當富含金屬的沃夫-瑞葉恆星死亡時,它的轉速會減慢,也無法觸發伽馬射線的爆發。

但是Apep可能會是個例外,——它可能的確會是一個的新恆星類型的典型代表。

「雖說Apep可能含有大量金屬,它與其雙星伴星的互動可能是讓其旋轉如此之快的原因」。Callingham說。

值得我們慶幸的是,伽馬射線爆發不會四處爆發。

這樣的爆發是高度聚焦的,所有的能量會射入兩個窄的噴射口,Apep看起來並沒有瞄準地球。

如果地球恰好在這一現象的必經之路上,這樣的爆發可能會毀滅臭氧層,使得地球暴露於高劑量的輻射中。最糟糕的的情況是可能會導致大規模滅絕。甚至有猜測說,伽馬射線爆發可能是過去小型滅絕事件的罪魁禍首。

「最終,我們無法確定Apep未來會發生什麼」,Tuthill表示。「這個系統可能會慢下來,慢到最終作為一顆正常超新星爆炸,而非一場伽馬射線爆發。

「不過與此同時,天文學家們獲得了上好的機會,他們正近距離觀察我們銀河系前所未見的,美麗而危險的物理現象」。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. cosmosmagazine- sissimine-LAUREN FUGE

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