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在从事了多年天文学的写作之后,我很高兴的告诉大家,宇宙中仍然有一些事情能让我毛骨悚然。

让我和你们分享一个关于跳舞死星的故事,这个故事由多个段落组成,音乐停止以后奇怪的野兽还会留下下什么,而且有时候还会导致爆炸,真正的爆炸。

白矮星是像太阳这样的恒星死后的残留物,当这样一颗恒星耗尽核燃料时,它会膨胀成一颗红巨星,外层会被吹走,只留下极热而致密的核心,这个核心就是白矮星。

白矮星双星,奇怪的合并,罕见的超新星

“热”的意思是有时会超过10万摄氏度,“致密”的意思是,一立方厘米的质量(六面骰子的大小)会有一吨或更多,所以说是,“热”和“致密”。但它们的总质量大约是太阳的一半,它们的表面也有强大的重力,是地球的10万倍。在一颗白矮星上,我的体重会超过八千吨,哇哦。

白矮星双星,奇怪的合并,罕见的超新星

图:左侧是离我们最近的白矮星是天狼星B,质量和太阳差不多,但大小和地球差不多。相比之下,太阳比地球宽100多倍。资料来源:欧洲航天局和美国宇航局。

我们知道银河系中有很多白矮星,而且有时会发现它们以双星的形式绕着彼此旋转。它们最初是一对普通的恒星,但在双方燃料耗尽后,剩下的就是一对白矮星在彼此旋转。

它们有时会绕得很近,当第一颗恒星膨胀时,它实际上会包裹住它的伴星,而处于另一颗恒星内部的拉力,将导致它们向彼此坠落。

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当第二颗恒星也变成红巨星时,这种情况会再次发生,最后留下一对非常紧密的白矮星双星。

比如,最近发现的一对白矮星ZTFJ2243+5242,他们互相绕行的时间仅为8.8分钟,没错,是分钟!

不仅如此,它们在每一段轨道上都会互相遮挡!从我们的角度来看,我们看到几乎是的轨道侧面,所以当一颗恒星在另一颗前面经过时,后面的恒星就会被遮挡。

这种双星的奇妙之处在于,它可以帮助我们计算天体的质量。它们都是较轻的恒星,每一个质量大概只有太阳质量的三分之一。它们也很小,每个直径约40000公里(相比之下,地球直径约13000公里)。

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图:白矮星双星ZTFJ2243+5242(箭头所示),一对死星,围绕彼此旋转周期运行不到9分钟。资料来源:阿拉丁/泛星计划。

根据到它们的质量和周期,天文学家计算出它们之间仅相隔约86000公里

他们是距离如此接近,非常的近,以至于它们之间的引力使对方扭曲,把它们都扯成鸡蛋的形状。

天文学家发现,该双星系统的轨道周期也在衰减,在未来40万年内,两者将合并成一个天体!

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考虑到它们的质量都很小,合并之后的天体可能也是一颗白矮星。

这一切都使我惊奇,想象一下,两个恒星质量如此接近的物体,在不到9分钟的时间内就会撞到一起!难以置信的!难怪当我读到这些的时候会感到毛骨悚然。

再进一步,假如如果两颗质量更大的白矮星合并会发生什么?

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白矮星的质量是有限度的。它们巨大的引力将它们挤压得很厉害,但它们却被一种奇特的量子电子斥力所支撑,这种斥力可以抵抗引力,称为电子简并压。

但当质量达到太阳质量的1.4倍时,也就是钱德拉塞卡极限,即使这种电子简并压也无法支撑它们,它们会坍缩,形成密度更高的中子星。

通常,或者最终,塌缩不会马上发生,剩下的是一个奇怪的、温度极高的物体,它的质量可能超过钱德拉塞卡极限,那会是什么样子呢?

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图:IRAS00500+6713(绿色表示非常热的氖光)是一颗不同寻常的超新星(IAX型超新星)的膨胀碎片,两颗白矮星在其中合并。在这种情况下,合并留下了一种奇怪类型的白矮星,它可能在10,000年左右再次爆炸。资料来源: 欧洲航天局/多镜片X射线-牛顿望远镜、L.Oskinova/德国波茨坦大学。

这是恒星和星云IRAS00500+6713,它很可能是一对巨大的白矮星合并形成低能超新星时释放出来的气体残骸。

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这里的关键因素是中央恒星没有任何氢和氦的迹象,这是你所期望的如果两颗白矮星合并(这些元素在白矮星中早就消失了,当它们还在正常恒星的中心时就融合成更重的元素)

通过对中央恒星的观测建模,研究它的天文学家发现它的质量至少是太阳质量的1.5倍,远远超过了白矮星的极限,所以这是一颗超级钱德拉塞卡白矮星。

由于快速旋转,向外的离心力部分抵消了向内的巨大引力,它可能还没有坍缩。

不过这是有时间限制的。它有一个巨大的磁场,当恒星自转时,它会把周围的物质扫到一起。这对旋转起着拖累作用,使其减速。

最终,可能在大约1万年后,它的速度会变得足够慢,以至于向外的力不足以支撑它,它会塌缩形成中子星。

到那时,它就会爆炸,变成超新星。那会是什么样子呢

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图:人马座东星A(左边蓝色的X射线)是两颗白矮星合并并爆炸时,从一种不寻常的超新星(IAX型超新星)中发散出来的碎片。

右边的红色气体(以无线电波形式显示)包围着银河系中心的超大质量黑洞。(资料来源:X-ray:NASA/CXC/Nanjing Univ./P. Zhou et al. Radio: NSF/NRAO/VLA)

这是人马座东星A,一团气体云,非常接近银河系中心的超大质量黑洞。人们已经知道它有一段时间了,最初认为它是大质量恒星爆炸时超新星产生的膨胀碎片。

但是,钱德拉塞卡X射线天文台(以上述的SubrahmanyanChandrasekhar命名)对X射线的深度观测表明,它的化学成分更符合一种被称为Iax型超新星的特殊白矮星爆炸。

它类似于通常的Ia型(即两颗普通白矮星合并并立即爆炸),但具有奇怪的合并条件,产生的元素比例也不同。

这可能与白矮星合并时的湍流有关;两者的物质不能充分的混合,这会改变爆炸的性质。

现在我有点作弊了,人马座东星A可能不像IRAS00500+6713那样,是由奇怪的二元合并形成的,但它的确是在不寻常的环境下形成的。

因此,当IRAS00500+6713爆炸时,膨胀的碎片看起来可能像人马座东星A。他们或许不是双胞胎,但至少是表亲。

我想指出的是,Iax型超新星已经在其他星系中被发现,但在我们自己的星系中还从未出现过。

因此,人马座东星A的起源对天文学家来说是一个重要的发现,他们可以利用它来更好地理解这一不同寻常的爆炸恒星类别。

这就是给你的故事,正如我许诺的一样。我喜欢宇宙对白矮星有这么多的计划,而我甚至没有到达行星状星云。

我倾向于认为它们是恒星生命的终点,但事实上在那之后可能还有其他事情发生,这对它们有利。

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