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探索宇宙中的超大星球 麒麟座v838

2015-08-13 09:00  谷应科技   谷应科技  

  谷应科技讯 麒麟座V838 (V838 Monocerotis, V838 Mon) 是位在麒麟座的一颗红色变星,距离太阳约 20,000 光年(6 kpc);大小是仙王座v354的1/3,该恒星在2002年经历了一次爆发事件并被观测到。一开始相信这是一次新星爆发,但在之后发现并非如此。爆发的原因至今不明,但有数个理论已经提出,其中包含恒星死亡的过程、联星合并或吞噬行星。

   哈勃太空望远镜的科学团队于2004年3月4日公布于同年2月8日拍摄的麒麟座v838照片时表示,和知名画家梵高的巨作《星夜》中的湍流有着相似的神韵。另外也有人表示该张照片相当类似Firefox浏览器的注册商标。

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   1产生背景

   麒麟座V838(V838 Monocerotis,V838 Mon)

   麒麟座v838

   是位在麒麟座的一颗红色变星,距离太阳约 20000光年(6kpc),麒麟座v838恒星因好似梵高名作《星空》中所描绘的景象而闻名。中央红色核心为恒星本身,周围结构为被照亮的尘埃云。

   该恒星在2002年经历了一次爆发事件并被观测到。爆发的原因至今不明,但有数个理论已经提出,其中包含恒星死亡的过程、联星合并或吞噬行星。最初认为是一个典型的新星爆发,但后来被学者所摒弃,因为v838恒星并没有激烈地把气体外壳掀掉、而是在迅速膨胀的同时仍然保留着原来的外壳,成为一颗表面温度较低的超巨星。

   2005年科学家认为这颗变星的前身是一颗质量非常大的恒星,可能高达太阳的65倍。他们还导出这个系统的恒星可能只有400万岁的结论。

   2形态特征

   梵高作品《星夜》

   麒麟座V838的光谱显示有一颗伴星,可能是一颗与爆炸的恒星没有太大差异的高温蓝色恒星,是B型的主序星。这颗爆发的恒星也有可能比同行的伴星质量稍微小一些,并且是刚刚才进入主序带。

   麒麟座V838它本来是一颗相当暗的恒星,但在2002年忽然爆发后,发出了比太阳还亮60万倍的光芒。在这段短时间里,麒麟座V838成为银河中最亮的恒星。当它的光逐渐经由恒星周围的灰尘反射后,成为了一种被称为回光(light echo)的独特现象。

   这颗恒星的亮度曾经亮达约太阳的百万倍,在它达到最大光度时,可以确认是银河系最亮的恒星之一。造成明亮的原因是恒星表层迅速的扩大,使用帕罗马测试干涉仪的观测,证实了他的半径是1570±400的太阳半径(相当于木星的轨道半径),确认了较早前间接的计算。扩大只经历了几个月,显示他的速度是异常的。在热力学定律的支配下,膨胀的气体温度必定会下降,因此这颗恒星变得非常低温且呈深红色。事实上,有些天文学家们认为这颗恒星的光谱应该属于棕矮星的L-型。如果真是这样,麒麟座V838将会是第一颗已知的L型超巨星。

   科学家们最初估计这颗恒星的距离在1900至2900光年之间。结合在爆发前的照片上测量到的视星等,它被认为是一颗光度不足的F型矮星,与太阳没有太大的差别,但更精确的测量是20000光年(6千秒差距),使得这颗恒星远比太阳更大和更亮许多。

   这颗恒星的质量可能是太阳的5至10倍,而亮度则是550至5000倍。原始的半径约是太阳的5倍,温度在4700至30000K。建立在伴星的光度计视差,Munari等人得到了更远的距离,36000光年(1万秒差距)。

   3特殊现象

   像新星和超新星这种光度快速增加的天体一般会产生回光现象。以直线行进的光会先到达;如果星际物质形成的云气在恒星周围,部分光会被星际介质云反射。因为被反射的光行走距离较长,会较晚到达并在喷发物质周围产生扩张的光环影像。此外,这些环乍看之下移动的速度高于光速。

   麒麟座V838造成的回光现象是史无前例的,而且被哈伯太空望远镜以影像详细纪录。从照片中看来,似乎是一个膨胀中的球壳碎片,他们其实是一个不断膨胀中的椭球被照亮所形成的,前身星在一个焦点上,而观测者在另一个焦点上。因此,不论它的外观如何,这些照片中的结构对观测者实际上是凹陷的。

   目前尚未明了周围的云气和恒星本身是否有关。如果相关的话,它们可能是在先前的爆发中形成的,这将排除数种基于单一灾难性事件的模型。然而有强烈证据显示麒麟座V838系统相当年轻,而且至今还位于形成它的星云内。

   有趣的是,麒麟座V838第一次喷发是发生在较短的波长(较偏蓝),并且在其回光中可见:回光的外边缘在哈伯拍摄的影像中是偏蓝的。

   4爆发过程

   2014年,勃历时4年记录2万光年外红巨星爆发过程,这段动画展示的是2万光年外一颗恒星最后爆发的场景。这段动画涵盖的时间长度大约是4年,记录下了麒麟座V838的爆发过程,这是一颗位于麒麟座的红巨星。在它爆发之前,V838已经成为天文学家们观测过最为巨大的恒星之一,其光度相当于太阳的60万倍。

   这是哈勃空间望远镜在2002~2004年之间拍摄的一系列图像,可以非常清楚的看到爆发的进程。

   这段动画涵盖4年的时间长度,记录下了红巨星麒麟座V838的爆发过程。

   随着爆发过程的推进,V838发出的强光照亮了其周遭的尘埃云,成为哈勃望远镜迄今所见最壮观的景象之一。粗看上去这段动画显示的是恒星V838正在向外快速抛射物质,但实际上它所显示的是向外扩散中的“光回声”。所谓光回声,是指恒星发出的光线不断被外侧层层向外的尘埃带所反射形成的现象。

   5爆发原因

   到目前为止,已经有好几个相当不同的模型被发表,用来解释麒麟座V838爆发的原因?

   麒麟座v838爆发过程

   麒麟座V838尽管是如此的突出和不寻常,但毕竟还是一颗新星。然而,这是非常不寻常的考虑:一个包含一颗年轻且大质量B型恒星的系统。这个系统没有足够的时间让一颗可能的白矮星冷却和吸积足够的物质来产生爆发。

   麒麟座V838可能是一颗接近死亡边缘的后渐近巨星分支恒星。被回光照亮的星云可能是之前恒星爆发产生,围绕在恒星周围的球壳状云气。它突然变亮可能是因为氦闪发生;当一颗濒死低质量恒星的核心突然发生将氦融合成碳的核融合反应时会相当混乱,但不会将恒星毁灭。这样的事件已经知道在樱井之星(Sakurai's Object, 人马座V4334)发生过。然而,在麒麟座V838周围的星际物质只提供该假说一部分的证据。一颗失去外层的濒死恒星应该相当高温,但观测证据却指出这是颗年轻恒星。

   麒麟座V838可能是相当巨大的超巨星。如果是这样的话,该次爆发可能是因为恒星包层中的氦突然开始进行合成碳的核融合,也就是所谓的氦闪。相当巨大的恒星在这类事件可以有多颗存在,但这些巨大恒星在变成极为高温的沃夫-瑞叶星之前其质量会大量流失(大约是主序星时质量的一半)。这个理论也许也可以解释恒星周围球壳状的尘埃。麒麟座V838是大约位于银心的方向,并且偏离银河系的盘面。在星系外围的区域恒星形成较不活跃,而且当今还未清楚是如何在该处形成如此巨大恒星。但有些非常年轻的星团在这类区域,像是距离约7kpc的Ruprecht 44和距离约6kpc,年龄约四百万年的NGC 1893。

   这次爆发可能是两颗主序星(或者一颗质量8M☉的主序星和一颗质量0.3M☉的主序前星)“合并爆发”(mergeburst)的结果。这个模型被看起来相当年轻的系统和多星系统可能不稳定的事实所支持。较低质量的恒星可能是在一个高度偏心或者是向较高质量的恒星弯曲的轨道。电脑模拟也显示合并的模型是可能的。这个模拟也显示了膨胀的外层可能几乎都是来自较小恒星。此外,合并的模型也可以解释在爆发期间观测到的多个光变曲线的峰值。


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