新型超新星:中子星或黑洞碰撞恒星,残余撞击伴星引发爆炸

北京时间10月13日消息,在一项新研究中,天文学家发现了死亡恒星撞击活跃恒星引发爆炸的证据,这可能意味着宇宙中存在一种新型的超新星。超新星是恒星死亡时经历的剧烈爆炸。这种爆炸极其明亮,可以在短时间内照亮其所在的整个星系,并可能持续几周至几个月,甚至数年之后才会逐渐衰减。

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这张想象图展示了一个致密物体(黑洞或中子星)占据其大质量伴星核心的场景。致密天体的快速吸积导致其形成了吸积盘,并以接近光速的速度发射了一对喷流。这些喷流穿过了这颗伴星,由于其释放出的巨大能量,这颗伴星即将爆发成超新星。在接下来的几年里,爆炸的恒星物质将穿过一个密集的恒星物质环面。这个致密的天体在过去几个世纪里一直向伴星内核喷射恒星物质,产生了明亮的无线电余辉

这张想象图展示了一个致密物体(黑洞或中子星)占据其大质量伴星核心的场景。致密天体的快速吸积导致其形成了吸积盘,并以接近光速的速度发射了一对喷流。这些喷流穿过了这颗伴星,由于其释放出的巨大能量,这颗伴星即将爆发成超新星。在接下来的几年里,爆炸的恒星物质将穿过一个密集的恒星物质环面。这个致密的天体在过去几个世纪里一直向伴星内核喷射恒星物质,产生了明亮的无线电余辉

几十年来,研究人员已经了解到,宇宙中存在着两种主要的超新星类型。一类是质量在10倍太阳质量以上的大型恒星,当它们的核心燃烧完所有燃料时,会在其中心坍缩,导致外层爆炸,留下中子星或黑洞等恒星残骸。另一类是质量不到8倍太阳质量的恒星,它们会随着时间的推移而燃烧殆尽,留下被称为白矮星的致密核心;一颗简并的白矮星可以通过吸积从伴星那里获得燃料,提高核心的温度,最终触发失控的热核爆炸,在爆炸中将恒星完全摧毁。

不过,科学家认为宇宙还可能存在其他类型的超新星。举例来说,大多数质量超过8倍太阳质量的恒星都是在邻近伴星的轨道上诞生的。在这些双星系统中,较重的成员有可能首先以超新星的形式死亡,留下中子星或黑洞;理论上,这些中子星或黑洞能以螺旋的方式向伴星靠近,最终发生碰撞,从而引发超新星。

现在,天文学家可能已经发现了这种由合并引发的伴星内核坍塌,最终形成超新星的证据。在9月2日的《科学》(Science)杂志网络版上,研究人员详细介绍了他们的发现,这是一个新的超新星类型,我们取得了首次发现。

利用甚大天线阵巡天项目(VLASS)的数据,研究人员发现了2017年发生的一次极其明亮的无线电波耀斑事件,其编号为“VT J121001+4959647”。甚大天线阵巡天项目通过扫描夜空来寻找明亮的无线电爆发事件。Dillon Dong表示,这次爆发并没有出现在早期的射电调查中,它是“迄今为止探测到的无线电辐射最明亮的超新星”。

通过后续的无线电和光学分析,研究人员发现,该无线电耀斑来自一颗被浓厚气体外壳包围的恒星。这层气体物质很可能是在无线电信号发射之前的几个世纪就从恒星中喷射出来了。

这颗恒星的前身经历了一次导致其质量损失的爆炸,从其大气中喷射出的质量超过了该恒星本身的质量。研究人员认为,当这颗恒星以超新星的形式爆炸时,随之发生了射电暴,爆炸产生的碎片撞击到周围的气体外壳,产生了无线电耀斑。

研究人员随后检查了之前的X射线数据。他们发现,2014年,在与VT J121001+4959647相同的地方出现了X射线喷流。他们认为,这些喷流发生在恒星变成超新星的过程中,残留的死亡恒星将气体从伴星上撕裂下来,形成了一个致密的气体外壳。这种明亮的无线电辉光是在这颗死去的恒星——以中子星或黑洞的形式——撞击它幸存同伴后产生的。

随着中子星或黑洞螺旋式靠近,它将撕开恒星的大部分大气层,并将其喷射到很远的地方,如果它到达该恒星的核心,理论上它可以破坏核聚变,触发超新星爆炸,并发射我们所观察到的喷流。

目前,研究人员现在计划进一步监测VT J121001+4959647,以更多地了解大质量双星系统如何相互旋转,这是很难用计算机模拟的,这样的系统或许能让我们最清楚理解两颗恒星合并时发生的物理现象。

当然,更多的发现可能还有待研究人员进一步探索。过去十年,天文学中最令人兴奋的发现之一是,大多数大质量恒星诞生于双星系统、三星系统、四星系统等等,其中大多数恒星的距离非常近,在恒星的生命周期中有强烈的相互作用。以前,天文学家孤立地模拟了这些恒星,现在我们意识到,这些恒星之间的相互作用能产生一系列丰富的现象,很值得探索,由合并引发的超新星爆炸可能只是冰山一角。随着下一代巡天调查和理论天体物理学的新发展,我们可能会发现,恒星会以各种意想不到的方式运行。

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