宇宙的標準燭光是如何形成的?科學家有了新的發現

宇宙的標準燭光是如何形成的?科學家有了新的發現

新星恆星就像吸血鬼,從它的雙星夥伴那裡吸走氣體。在這過程中,氣體被壓縮和加熱,並最終爆炸。爆炸後殘留的氣體殼向外擴展,並被位於爆炸中心的恆星照亮。這些新星大多每10年爆炸一次。

但是現在天體物理學家已經發現了一個巨大的遺蹟,以至於創造它的恆星肯定已經爆發了數百萬年了。

天體物理學家小組在“自然”雜誌上的一封信中發表了他們的發現。

所討論的恆星在仙女座星系中,它被稱為M31N 2008-12A。當它以新星的形式爆發時,它會明亮一百萬倍,噴射出的物質以每秒千英里的速度向外移動。這項研究背後的團隊認為,M32N 2008-12A每年都會進入新星狀態,其結果就是他們所說的“超級遺蹟”,它的直徑約為400光年。

聖地亞哥州立大學教授艾倫·沙夫特(Allen Shater)說:“當我們第一次發現M31N 2008-12A每年都會爆發時,我們感到非常驚訝。”大多數新星大約每10年爆發一次。

由來自聖迭戈州立大學和英國利物浦約翰摩爾大學的成員組成的天體物理學家團隊使用了哈勃太空望遠鏡和地面望遠鏡進行觀測。他們研究了膨脹殘餘物的化學成分,以證實它與中心恆星M31N 2008-12A的聯繫。

關於這顆遙遠的新星,有趣的是它可能與宇宙中更大的東西有關,這是天文學家天生依賴於理解宇宙的東西:Ia型超新星。

總的來說,大多數人對超新星都很熟悉。一顆質量比太陽大幾倍的恆星最終會燃燒足夠多的氫,以至於它自身聚變產生的外部壓力不能與自身引力的內向力相抗衡。整個恆星自身塌陷,然後向外爆炸,這是自然界中最強大、最明亮的現象之一。

但那只是超新星的一種類型。還有其他類型,包括類型Ia。Ia型超新星從雙星對中的兩顆正常恆星開始。當兩顆恆星一起變老時,其中一顆恆星不可避免地會變得比另一顆恆星更大。大的一顆將開始從另一顆恆星中吸出氣體,膨脹併吞沒在它的外殼中的較小的恆星。

最終,這兩顆恆星在它們共同的氣體包層中盤旋在一起,隨著時間的推移,共同的氣體包層被從雙星對中噴射出來。然後事情又變得有趣了。

較大恆星的核心坍塌,成為白矮星。另一顆恆星也在老化,最終它不能保持其外層的氣體層。白矮星開始吸走氣體,一旦它獲得足夠的質量,就會突破錢德拉塞卡極限,這是白矮星的最大質量極限。

宇宙的標準燭光是如何形成的?科學家有了新的發現

一旦突破了這個限制,就會發生一些不同的事情。白矮星可以迅速核聚變,亮度增加到太陽的五十億倍,膨脹的衝擊波以每秒幾千公里的速度噴射出來,只留下一顆幾乎死去的殭屍恆星。

它也可以走另一條路。爆炸可以完全摧毀恆星,只留下膨脹的外殼。這些都是非常罕見的事件,而在我們銀河系的最近的事件是在16世紀。

或者,我們得到一個新星。在一顆新星中,白矮星每隔一段時間就會爆發一次,任何超過錢德拉塞卡極限的質量都會脫落。這似乎就是M31N 2008-12A的情況,但不尋常的是,它每年都發生,而不是每10年左右發生一次。那到底是怎麼回事?

這些事件的確切性質尚不清楚。我們有解釋它們的理論,但我們不知道所有的細節。我們目前的理論認為,隨著這些新星的頻繁爆發,產生了像這次這樣的巨大殘骸,它們的白矮星正越來越接近錢德拉塞卡的極限,並最終將超過它。天文學家認為M31 N2008-12A正在成為一顆超新星。

所有這些之所以重要,是因為這些Ia型超新星在天文學中有另一個名字:標準燭光。

標準燭光是非常有用的東西。它們發出一種可預測的、均勻的光。天文學家測量遙遠星系中標準蠟燭發出的光,以找出這些星系有多遠,並測量宇宙的擴張速度。

宇宙的標準燭光是如何形成的?科學家有了新的發現

哈勃太空望遠鏡拍攝的超新星SN1994D的照片。這是在星系NGC 4526中發現的標準燭光。

沙夫特說:“它們實際上是測量桿,讓我們能夠繪製可見宇宙的地圖,儘管他們很重要,但我們並不完全理解他們來自哪裡。”

這項研究已經分離出了一種標準燭光,在它變成一個有效的標準蠟燭之前。觀察它可能有助於我們瞭解這些標準燭光來自哪裡,它們是如何形成的,以及它們可能是多麼豐富。

該團隊希望能找到更多這些巨大的遺蹟殘骸,看看他們是否能找到更多白矮星經歷類似這樣的噴發,並確認它們是否導致了形成標準燭光的超新星。他們想知道這件事是否罕見,或者或者是否有像M31N 2008-12A這樣看不見的恆星。

正如作者在研究中說的那樣:“在其他白矮星周圍發現額外的超級遺蹟,這將表明在很長一段時間內,系統經歷了定期的噴發。”

這“一段時間”有多長?這個雙星系統中白矮星將在大約40000年內超過了它的極限。當時,任何仍活著的天文學家都能觀察發生什麼事。他們要麼見證了恆星在巨大爆炸中的破壞,要麼見證了中子星的核心崩潰。不管怎樣,潛在的白矮星的化學成分最終會被揭示出來,我們將學習有關複發性新星和標準燭光的事情。

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