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科学家利用ALMA望远镜揭示恒星的“秘密拥抱”阶段 其将具有深远影响

2021-12-18 12:02:57 cnBeta.COM
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利用位于智利的巨大的ALMA望远镜,查尔姆斯理工大学领导的科学家团队研究了我们银河系中的15颗不寻常的恒星,其中最近的一颗恒星距离地球有5000光年。他们的测量结果显示,所有的恒星都是双星系统,而且最近都经历了一个罕见的阶段,这个阶段鲜为人知,但被认为会导致许多其他天文现象。他们的结果本周发表在科学杂志《自然天文学》上。

通过将ALMA的天线指向每颗恒星,并测量靠近每颗恒星的不同分子的光线,研究人员希望能找到关于它们背景的线索。绰号为 “water fountains” 的这些恒星之所以被天文学家所熟知,是因为有来自水分子的强烈光线--由异常密集和快速移动的气体产生。

ALMA位于智利海拔5000米的地方,对波长在一毫米左右的光敏感(肉眼不可见),但对于透过银河系的星际尘埃云层看向被尘埃笼罩的恒星来说是理想的。

“我们对这些恒星格外好奇,因为它们似乎在向太空吹出大量的尘埃和气体,有些是以喷射的形式,速度高达每小时180万公里。”新研究的第一作者Theo Khouri说:“我们以为我们可能会发现关于这些喷流是如何产生的线索,但我们发现的却远远不止这些。”

恒星的总质量最多损失一半

科学家们用望远镜测量了恒星光线中的一氧化碳分子的特征,并比较了来自碳和氧的不同原子(同位素)的信号。与它的“姐妹”分子二氧化碳不同,一氧化碳在太空中相对容易发现,而且是天文学家最喜欢的工具。

“由于ALMA的精致灵敏度,我们能够探测到这些恒星喷出的气体中几种不同分子的非常微弱的信号。当我们仔细观察这些数据时,我们看到了我们真的没有想到会看到的细节,”Theo Khouri说。

观察结果证实,这些恒星都被吹走了它们的外层。但是分子中不同氧原子的比例表明,这些恒星在另一个方面并不像它们看起来那么极端,团队成员、查尔姆斯理工大学的天文学家Wouter Vlemmings解释说:“我们意识到,这些恒星在开始它们的生活时,质量与太阳相同,或者只多几倍。现在,我们的测量结果显示,仅仅在过去的几百年里,它们已经抛出了其总质量的50%。在它们身上一定发生了非常戏剧性的事情。”

为什么这么小的恒星会如此迅速地失去这么多质量?科学家们总结说,这些证据都指向一个解释。这些都是双星系统,而且它们都刚刚经历了一个阶段,在这个阶段中,两颗恒星共享同一个大气层--一颗恒星完全被另一颗恒星所吞噬。

“在这个阶段,两颗恒星以一种蚕茧的形式一起运行。这个阶段,我们称之为‘共同包裹’阶段,真的很短暂,只持续了几百年。”团队成员Daniel Tafoya说:“从天文学的角度来看,它在一眨眼间就结束了。”

双星系统中的大多数恒星只是围绕一个共同的质量中心运行。然而,这些恒星共享相同的大气层。对一颗恒星来说,这可能是一次改变生命的经历,甚至可能导致恒星完全合并。

通往未来的线索

科学家们认为,这种阶段可以导致一些天空中最壮观的现象。Theo Khouri解释说,了解它是如何发生的,可以帮助回答天文学家关于恒星如何生存和死亡的一些最大问题。

“发生了什么,导致超新星爆炸?黑洞是如何接近到碰撞的?是什么造就了我们称之为行星状星云的美丽而对称的天体?天文学家多年来一直怀疑,公共包层是类似这些问题的答案的一部分。现在我们有了研究这个重要但神秘的阶段的新方法,”他说。

了解公共包层阶段也将帮助科学家研究在非常遥远的未来会发生什么,届时太阳也将成为一个更大、更冷的恒星--红巨星--并吞噬最内部的行星。

“我们的研究将帮助我们了解这可能发生的情况,但它给了我另一个更有希望的观点。” Daniel Tafoya说:“当这些恒星‘拥抱’时,它们将尘埃和气体送入太空,这些尘埃和气体可以成为未来几代恒星和行星的成分,并随之成为新生命的潜力。”

该团队计划用ALMA和其他射电望远镜继续监测这15颗恒星。通过SKA天文台未来的望远镜,他们希望研究这些恒星如何形成它们的喷流并改变它们的周围环境。他们还希望能找到更多线索。

“实际上,我们认为已知的‘water fountains’可能是我们整个银河系中几乎所有的同类系统。如果这是真的,那么这些恒星真的是了解两颗恒星在共同生活中可能经历的最奇怪、最美妙和最重要的过程的关键,”Theo Khouri总结道。

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