哈勃发现来自恒星的巨型炮弹

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-10-14 21:44:08 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:2129次 ]

原文标题: Hubble Detects Giant 'Cannonballs' Shooting from Star

原文作者:Raghvendra Sahai;Elizabeth Landau,Felicia Chou;Donna Weaver,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2016.10.6

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.10.6:来自恒星的超级火球!美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,探测到来自一颗垂死恒星的超热气体团,每个质量约相当于2个火星。这些等离子球运动得很快,从月球到地球,只需30分钟。天文学家估计,在过去400年期间,这种恒星加农炮弹(cannon fire)每隔8.5年就发射一次。对天文学家而言,这些火球现在就成了谜;因为火球来自一颗膨胀的红巨星,编号长蛇座V,离地球约1200光年,在其垂死挣扎的这些岁月中,大概已经损失了一半质量。而它显然不具有发射如此火球的能力。

伴星导致红巨星发射巨型热气团的示意图。大图:1.1MB,版权:NASA、ESA,研究者团队;下同。

伴星穿过红巨星的大气,并产生巨型超热火球的示意图。红巨星的大气温度较低,所以整个恒星偏红;而吸积盘中的气体由于势能转化为动能,温度有显著上升。单个气团达到2个火星质量,属于正常规模。

对天文学家而言,这些火球现在就是个谜;因为火球来自一颗膨胀的红巨星,编号长蛇座V(V Hydrae),离地球约1200光年,在其垂死挣扎的这些岁月中,大概已经损失了一半质量。红巨星是垂死的恒星,其核心已经耗尽了聚变的主要燃料——氢,恒星在核心及壳层不稳定的燃烧氦、氢过程中膨胀,并失去其外层大气,这类恒星显然不具有发射如此高温火球的能力。

目前对此的最合理解释是,等离子球是由一颗看不见的围绕红巨星运转的伴星发射的。每隔8.5年,这颗在扁长轨道上运行的伴星就会深入红巨星长蛇座V的膨胀大气中,并从中大量吸积物质。这些物质通常会形成围绕伴星的吸积盘,并充当然后抛射等离子球的发射台(气团速度约200km/s)。

研究者说,这个模型能够解释哈勃观测到的垂死恒星周围的各种奇形怪状的发光气体云——它们统称为行星状星云。行星状星云是恒星在其演化最后阶段抛出的发光气体壳(该名称因早年望远镜技术差,它们看起来像海王星天王星一样有模糊的圆面,其实与行星本身没有任何关系,译注)。

研究报告首席作者、加利福尼亚州帕萨迪那市美国喷气推进实验室(JPL)的Raghvendra Sahai解说:“根据以前的数据,我们知道此类天体具有高速外向流;但这是我们第一次观测到正在发生的实际过程。我们推测,产生于恒星演化后期的此类气体团,有助于解释行星状星云的各种结构。

过去20年来的哈勃观测,揭示了行星状星云各种庞大而复杂的结构,望远镜的高分辨率图像显示出嵌入垂死恒星周围发光气体云中的各种物质团块。天文学家推断,那些团块事实上就是来自哈勃图像中看不见伴星造成的吸积盘的喷流。银河系中的大部分恒星是双星成员(一般的估计是超过恒星总数的一半,译注),但那些喷流是如何产生的,迄今还是谜。

Sahai接着解释:“我们想了解从膨胀红巨星到美丽发光的行星状星云的令人激动的转变过程。这些持续的变动仅仅持续200~1000年,从宇宙年龄来说,仅仅是一眨眼的时间。”

Sahai团队使用哈勃的空间望远镜成像光谱仪(STIS)对长蛇座V及其周围太空的观测已经持续了11年,第一个阶段从2002—2004年,第二个阶段从2011—2013年。对天体的光谱分析,能够揭示其速度、温度、位置和运动的信息。

研究报告插图,气团相对于观测者的运动示意图,数字单位为km/s。E代表东方,离开纸面向上为北。STIS的数据图像过于专业,解释太费笔墨,不再贴出。

观测数据显示出一系列的巨大超热气体团,每个温度超过1万℃,几乎是太阳表面温度的2倍。研究者汇集了气体团的详细分布图,让他们得以追踪从1986年第一个团块开始的气团运动。Sahai继续解说:“STIS的观测数据(图像)显示热气团随着时间而运动:从刚刚喷出、到远了一点,到更远一点。” STIS的数据显示远离红巨星长蛇座 V 达600亿千米(km)的巨型结构,该距离相当于太阳系外缘柯伊伯带处的冰冻天体到太阳距离的8倍。

随着气团逐渐远离,它们膨胀变冷,最后在光学图像中不再可见。但是研究者介绍,在更长波的亚毫米波段,2004年夏威夷的亚毫米阵列射电望远镜探测到了模糊的团块结构,它们可能是400年前抛出的。

基于上述观测,Sahai和他的同事:加州大学洛杉矶分校的Mark Morris、纽约州立大学Stony Brook分校的Samantha Scibelli,共同设计编写了一个数学模型,以解释伴星产生的吸积盘导致的喷发现象。

Sahai继续解说:“模型提供了相当合理的过程解释,因为我们知道产生喷流的引擎就是吸积盘。红巨星当然没有吸积盘,但很多似乎有伴星。因为它们看不见,我们可合理推测这些伴星的质量较小,伴星的演化当然比红巨星慢得多(长期处于红矮星或主序星阶段,译注)。我们提出的模型能够帮助解释双极行星状星云现象。在这些具有2个大型对称气泡的星云中,普遍存在手指状喷流结构;更复杂的多极行星状星云中同样有此类结构。我们认为,我们的模型具有很广的适用性。”

根据哈勃STIS的观测结果,一个令人惊讶之处在于,吸积盘精确地每隔8.5年就发射巨型气团,但是方向并不完全一致。导致发射方向左右来回移动的原因,可能是吸积盘在摇摆。Sahai喋喋不休:“这个发现出乎意料,但非常有趣,因为它有助于解释某些已经在本例和其他恒星周围发现的神秘现象。”

天文学家已经关注长蛇座V 17年了,他们注意到似乎有什么东西遮住了它的光。Sahai和他的同事猜想,由于吸积盘的摇摆,发射的气体团相对于红巨星本身,时而在前时而在后。当气团从我们视线前方通过时,就会部分遮蔽红巨星的光。

一个典型的双极行星状星云NGC 6302,证明哈勃WFC3功力的图片之一。大图:25.4MB

Sahai总结道:“吸积盘引擎非常稳定,因为它能持续数百年发射气团而不瓦解。在大量的此类伴星系统中,引力作用将使伴星螺旋状靠近主星。随着伴星进入红巨星大气,摩擦作用导致伴星轨道加速衰减。不过,我们并不知道伴星的最终命运是什么。”(这些可能性包括:伴星与红巨星合并、两星相撞产生爆发;但最大多数的情况是,伴星加速了红巨星的衰老,使得红巨星的外壳加速剥离。剥离的外壳一部分成为伴星的组成质量,一部分散逸到太空。最终出现行星状星云、白矮星和红矮星/类太阳恒星,译注)

团队希望使用哈勃实施进一步的观测,包括研究在2011年才抛出的团块。他们还规划使用欧洲南方天文台(ESO)位于智利的阿塔卡玛大型毫米/亚毫米射电阵列望远镜(ALMA),研究此前数百年发射的团块,这些团块因太冷,已经不能被哈勃观测到。

团队研究报告已刊登在2016.8.20出版的《天体物理学报》上。

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