热爆炸是银河系最极端恒星形成的确凿证据

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一种强大的热辐射波被捕捉到,它在一个遥远的原恒星周围的一个吸积盘气体中荡起涟漪,这可能是迄今为止最有力的证据,证明宇宙中质量最大的恒星是如何形成的。

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一个艺术家的想象,热波辐射出成长中的巨大原恒星,G358.93-0.03之后的一个吸积事件。图片:Katharina Immer。

观测到的“热浪”来自原恒星G358.93-0.03,它距离地球2.2万光年,目前的质量是太阳的8倍,而且还在不断增加。由日本国家天文台的罗斯·伯恩斯领导的天文学家们在1月13日出版的《自然天文学》杂志上写道,他们认为这一热脉冲是恒星吞噬了盘状星云中的一团气体后的爆发。

伯恩斯告诉《今日天文学》:“热脉冲是我们看到的原恒星强烈吸积的有力证据。”

正如我们所知,恒星诞生于由分子氢气组成的星云的摇篮中,这些星云形成了我们的望远镜所能看到的许多五颜六色的星云。这些云的碎片在自引力作用下可以坍塌,当它们坍塌时,它们开始旋转,迅速膨胀的恒星最终以云碎片的形式脱离,形成一颗独立的原恒星。

这并不是原恒星成长的终点。坍缩的云团的旋转使其遗留下来的部分云团在原恒星周围变平,形成了一个吸积盘——为正在成长的原恒星提供气体供应。

然而,我们的恒星起源模型一直存在一个问题。恒星质量越低,在宇宙中就越普遍——这是恒星形成的一种特性,我们称之为“恒星质量函数”。质量最低的恒星,我们称之为红矮星,其质量只有太阳的7.5%,占所有恒星的四分之三。另一方面,质量最大的恒星,其质量可能是太阳的几十倍甚至几百倍,相对来说比较罕见。然而,天文学家还没有完全理解为什么恒星的质量函数更倾向于低质量的恒星,或者为什么有些恒星的质量会变得如此之大,而大多数恒星的质量却没有这么大。

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艺术家对围绕年轻恒星的吸积盘的想象。喷射流是被强大的磁场发射出去的多余物质。图片:Yin-Chih Tsai/ASIAA

成长的困惑

关于大质量恒星如何成长的主要理论之一,描述了这些恒星巨星如何从周围吸积盘随机聚集的物质团块中经历快速成长。然而,实际上观察这个过程很棘手——原恒星周围形成恒星的星云密度太大,可见光无法穿透,我们无法清楚地看到发生了什么。取而代之的是,天文学家求助于更长的波长天文学,红外线和无线电,可以通过气体和尘埃。

这些生长突增在2015 - 2016年只在原恒星上观察过两次,在2019年1月,由日本茨冈县大学的Yoshinori Yonekura领导的天文学家,使用32米长的日立射电望远镜,在G358.93-0.03周围的圆盘上发现了甲醇脉泽的出现。微波激射器相当于微波激光器,因为它们能够放大微波,但与光学激光器不同的是,激射器可以在某些天体物理环境中自然产生,比如恒星形成区、行星星云、甚至彗星,它们满足的条件范围很窄,包括适宜的温度。特别是,原恒星上的吸积似乎能够大规模地驱动奇异的脉泽活动——也就是说,新的波长的脉泽。

 

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大质量恒星形成于分子气体的密集区域,比如这个星云LHA 120-N150,它位于大麦哲伦星云中较大的蜘蛛星云中。图片:ESA/Hubble/NASA/I. Stephens.

由于脉泽是发生吸积的强烈迹象,结果很快被报告给了脉泽监测组织,这是一个由天文学家组成的全球共同体,伯恩斯也在其中,他观察脉泽来研究宇宙。伯恩斯组建了一个团队,计划的后续活动,与射电望远镜在澳大利亚、新西兰和南非所有一起工作来创建一个甚长基线干涉仪——基本上结合个人望远镜给整个决议相当于一个跨越大洲射电望远镜的孔径。他们观察了G358.93-0.03在最初探测的26天后,发现脉泽的辐射已经从原恒星向外移动。

乘着热浪

脉泽位置的这种变化可以用两种方式之一来解释。首先,甲醇分子的物理移动,但考虑到距离他们旅行- 400亿公里,或270个天文单位,这将是不可行的,因为移动太快会导致高能微波激射器和其他分子之间的碰撞,最终导致微波激射器断开温度上升。它们的发射将会消失,而不是在离恒星更远的地方被看到。

相反,伯恩斯的团队认为,脉泽发射的运动是吸积作用通过光盘传播产生的热波的结果。当波沿径向远离恒星时,它的前缘会创造条件,在100-200开尔文(-173 - -73摄氏度)的甲醇分子中产生脉泽。在热波的后面,温度必须更高,这就导致那里的脉泽关闭,只有距离原恒星更远的甲醇脉泽在波的前缘到达时才会被激活。

考虑到所经过的距离,热波的移动速度一定是光速的百分之四。虽然仍然相当快,但它比这种波的预期速度要慢得多。它的相对惰性意味着波所经过的吸积盘的密度比想象的要大,而且波内的光子散射了盘内气体的原子和分子,减慢了波的前进速度。

与此同时,NASA的机载SOFIA(平流层红外天文观测站)望远镜进行的红外观测进一步证明了吸积事件的存在,该望远镜探测到的红外光度从G358.93-0.03增加。这是另一个迹象,表明在一个吸积事件发生后发生了某种爆发。

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蜘蛛星云中的一簇大质量恒星。图片:NASA/ESA/保罗·克劳瑟(谢菲尔德大学)。

如何建造一个巨大的恒星

当G358.93-0.03的吸积事件与之前在2015-16年观测到的其他恒星上的两个吸积事件相比较时,事情变得更加有趣。G358.93-0.03的爆发特征与其他两个稍有不同——在G358.93-0.03的情况下,脉泽变亮后消失得更快,红外光度也不那么大。这些迹象表明,形成大质量恒星的吸积事件并不总是相同的,可能会因恒星的不同而不同,或者在恒星形成的不同时期不同。

所以很明显,需要观察更多的吸积到大质量原恒星上的例子来建立一个不同类型事件的目录。包括伯恩斯在内的天文学家,在脉泽监测组织的支持下,现在正忙着寻找这种围绕大质量原恒星的热浪现象的其他例子。

伯恩斯说:“我们已经找到了一些更好的候选人,但是我们还没有公布结果。”

作为这一发现的补充,热波还可能对任何由吸积盘形成的行星盘产生影响。热脉冲能够以化学方式改变光盘,伯恩斯的研究小组报告说,在恒星形成区域出现了几个新的外来脉泽,这是以前从未见过的。

伯恩斯说:“似乎可以肯定的是,这些热波会影响行星形成盘的化学性质。”例如,他强调了各种各样的雪线——从一颗恒星到各种挥发性元素(例如一氧化碳、二氧化碳和水蒸气)冻结的半径——可能是如何被热浪从恒星向外推的。

然而,从大局来看,行星形成盘的化学性质的任何改变都将是短暂的。G358.93-0.03不会有太多机会形成行星,因为它注定会在1000万到2000万年后的某个时候爆炸成为超新星。

本文由 奇点天文 作者:Bob Berman(特邀作者) 发表,其版权均为 奇点天文 所有,文章内容系作者个人观点,不代表 奇点天文 对观点赞同或支持。如需转载,请注明文章来源_奇点天文网 dprenvip.com。
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