罕见!天文学家第一次发现“死星”引爆恒星,《三体》光粒成真?

发布日期:2021-09-11 11:11    点击次数:95

图片

近年来,天文学家发现了越来越多的天体大碰撞事件。2015年,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到了来自于13亿光年外的引力波,这是由遥远河外星系中的两个恒星级黑洞碰撞的结果。

2017年,天文学家探测到一起与众不同的引力波,这一次还几乎同时接收到了无线电波、红外线、X射线、伽马射线等各种波段的电磁波,其来源是1.3亿光年外的两颗中子星碰撞。

图片

今年6月,天文学家再次探测到两起引力波事件,它们分别是来自9亿和10亿光年外的黑洞和中子星的碰撞结果,这两种致密天体之间的碰撞首次被观测到。

现在,根据《科学》(Science)杂志刊载的一项新研究[1],加州理工学院的天文学家首次发现了一种罕见的天体大碰撞事件,一颗致密的天体,要么是黑洞,要么是中子星,撞击了一颗恒星的核心,并且引爆了该恒星,产生了一种新的超新星。那么,这种罕见的碰撞事件是如何发生的呢?致密天体又是来自哪里?

图片

在宇宙中,像太阳系这样的单恒星系统占比不到一半,另外一大半恒星都是属于双恒星及以上的多恒星系统,例如,位于8.7光年外的格利泽65就是一个双星系统,两颗质量为太阳十分之一的红矮星在互相绕行。先前还有研究表明,所有恒星可能都是成对诞生的。

恒星的质量有大有小,不同质量的恒星将有不同的结局,所以双恒星系统就会产生不同的碰撞事件。恒星不会一直“燃烧”下去,质量越大的恒星,消耗核聚变燃料的速率越快,它们的寿命就会越短,质量越小的恒星反而能燃烧更久。

图片

对于质量不到太阳8倍的低质量恒星,它们在膨胀成红巨星后,外层将会逐渐剥离。核心中的物质被自身重力强烈压缩,电子壳层被打破,电子不受束缚地在原子核间自由运动,这样的天体就是白矮星。

对于质量8倍以上的大质量恒星,它们在膨胀成红超巨星后,将会引来极为壮烈的结局——爆炸成超新星,一下子就能释放出太阳在100亿年里所能产生的能量。如果用肉眼观测,我们最远所能看到的恒星估计只有1.6万光年,而我们最远能够看到的超新星远在75亿光年之外。

图片

如果大质量恒星的质量不到太阳的20倍,那么,在经历超新星爆发后,它将会留下一个质量为太阳2倍左右的致密核心,电子被重力挤入原子核中,结合质子变成中子,这就是中子星。

如果质量超过太阳20倍,将会留下3倍太阳质量以上的核心,物质被无限压缩到无穷小的奇点中,这会让周围一片空间弯曲到闭合,可以把光也困在里面,这样的天体就是黑洞。

“死星”引爆正常的恒星

图片

在这项新研究中,天文学家通过甚大阵射电望远镜(VLA)发现了非常明亮的射电源VT J121001+495647,距离地球4.8亿光年。分析显示,这是一颗死亡恒星撞击伴星的结果,但并不清楚这颗“死星”究竟是中子星还是黑洞。

在这个双星系统中,死星原本是一颗大质量恒星,它更快耗尽燃料爆炸成超新星,最终演变成了一个致密天体。相比之下,伴星的质量更小,还能进行核聚变反应,不断产生能量。

图片

两颗天体互相绕行不断辐射出引力波,导致轨道不断衰减,它们互相螺旋靠近。经过数亿年乃至数十亿年的时间后,当它们的距离足够近时,这颗死星的强大引力撕开了伴星的外层,在它们周围形成了一团巨大的气体圈。

在气体圈中,阻力大幅增大,从而加速了它们的相撞。最终,死星掉进伴星的核心中,极端的引力直接引爆了这颗正常的恒星,产生了一颗前所未见的超新星。

图片

看到这里,大家可能会想到《三体》中著名的文明清理工具——光粒。这种光粒能以极为接近光速的速度前进,根据爱因斯坦相对论的质增效应,它具有极其巨大的动能,可以摧毁恒星结构,引爆恒星。

参考文献

[1] D. Z. DONG, G. HALLINAN, E. NAKAR, et al. A transient radio source consistent with a merger-triggered core collapse supernova, Science, 2021, 373, 1125-1129.