分析:阿每隔88年,一次灾难性的火山喷发就会使火山喷发北极星看起来非常明亮,你可以用肉眼看到它
爱尔兰天文学的一位老朋友不久将出现在北冕星座。经过88年的休眠,北极星T Coronae Borealis(又名T Cor Bor,火焰之星)预计将再次出现,并将作为一颗“新的”2等恒星被肉眼看到。我们不可能确切知道它什么时候会出现,但现在估计是任何一天。那么什么是T Cor Bor,为什么它变得可见,为什么我们关心研究这样的系统?
1866年,爱尔兰天文学家约翰·伯明翰(John Birmingham)住在高威郡的图阿姆(Tuam, Co. Galway),他注意到北极星座(Coronae Borealis)中有一颗“新星”。但他所目睹的并不是一颗新星,而是一颗原本非常微弱的恒星的灾难性喷发。你看,天蝎座是一个灾难性的,可变的双星系统。换句话说,这意味着它是一个由两颗相互绕转的恒星组成的系统,每隔一段时间,其中一颗恒星会经历一次“灾难性”事件,突然变得更亮。
这些恒星本身是一颗白矮星和一颗红巨星。“红巨星”一词指的是一颗恒星耗尽了其核心的所有氢燃料,转而燃烧氦。氢燃料为太阳等恒星的核聚变提供动力。因此,氦燃烧产生的能量增加,使这颗恒星与太阳之类的恒星相比膨胀,使其成为一颗“巨星”。
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一场千载难逢的恒星爆炸即将到来
白矮星是一种更奇特的恒星。这是宇宙中所有恒星的命运,它们的质量小于太阳的8倍,最终以白矮星的形式结束生命。你可以把它们想象成恒星耗尽所有可用燃料后留下的耗尽的核心。它们是“白色”的,因为它们往往非常热,而它们是“矮”的,因为它们非常、非常致密,而且非常小。通常情况下,白矮星的质量与太阳相同(大约是地球质量的30万倍),但大小与地球相同。
所以,在天蝎座,我们有这两颗恒星相互绕转。此外,它们靠得太近了,白矮星正在从红巨星身上剥离物质,红巨星盘旋着向白矮星靠近,最终落在红巨星的表面——这个过程被称为吸积。这种类型的系统(一颗白矮星慢慢地吞噬附近的伴星)就是我们所说的灾难性变量。
当T Cor Bor中的白矮星从附近的红巨星那里吸积物质时,整个系统并不是特别明亮。用天文学家的话说,它的视星等通常是+10(比肉眼可见的最暗的恒星大约暗淡100倍)。不幸的是,我们从古希腊人那里继承了一个亮度系统,在这个系统中,较暗的物体有较高的星等。
那么为什么这个系统突然变亮,星等变成了+2呢?为什么它每隔88年左右就会这样做一次?还记得我说过白矮星是死恒星耗尽的,燃烧的核心吗?这意味着在恒星中没有任何可用的燃料来驱动核聚变。但是,还记得我说过它也会从附近的恒星上撕裂物质吗?这颗白矮星从附近的恒星中吸取的物质几乎是纯氢——这是为核燃烧提供动力的完美燃料。然而,当这些氢沉淀到白矮星表面时,发生聚变的条件就不太合适了。所以它就在那里。
随着越来越多的氢在表面积累,这层薄薄的燃料层的压力和温度慢慢增加,直到满足发生核聚变的条件,然后,突然,一个灾难性的事件发生了:白矮星的整个表面点燃,增加了白矮星的温度和亮度,因为这层薄薄的燃料层很快被消耗并加工成其他元素。整个过程发生得非常快——整个系统会在一夜之间从正常的+10到+2等变亮,然后随着熔融材料的热层慢慢冷却下来,它会逐渐变暗。这一事件被称为新星,是“nova stella”的缩写,拉丁文的意思是“新星”。
T Cor Bor是一个循环新星的例子——也就是说,一旦它安顿下来,白矮星将继续从伴星那里积累氢的过程,直到再次发生新星的条件。时间尺度因系统而异,在T Cor Bor的案例中,需要88年。我们之所以知道这一点,是因为爱尔兰天文学家约翰·伯明翰(John Birmingham)在1866年第一次观测到T Cor Bor是一颗新星,1946年又观测到T Cor Bor的另一颗新星爆发。这是一个88年的间隔,它最近的喷发现在证实了这是这些系统的复发期。
有很多很多不同类型的灾难性变量。有些有红巨星伴星,比如天蝎座,但其他的伴星与我们的太阳更相似,或者是被剥离了外层的恒星。这些系统中最极端的例子是最后一个,在这种情况下,双星系统非常小-恒星在几分钟内完成彼此的单一轨道(而不是我们绕太阳一周所需的一年)。
据认为,这些系统应该产生非常强的引力波辐射,它们将在验证欧洲航天局的激光干涉仪空间天线(LISA)的性能方面变得非常重要,该天线将于本世纪30年代发射。这些系统也被认为会产生Ia型超新星,对Ia型超新星的观测导致了1998年宇宙加速膨胀的发现(并于2011年获得诺贝尔奖)。
因此,了解这些系统及其行为方式具有重要意义,因为它们是了解宇宙本质的自然探测器。无论如何,当你走到外面去看这颗“新星”时,请记住——你正在目睹一颗白矮星爆发出最后一次能量爆炸,就好像它在宇宙的黑暗中尖叫,违背了它作为一个燃烧殆尽的死核的本质。
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