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恒星合并引起新型超新星爆发被证实:此前只是理论预测

发布时间:2021-09-15 17:06    来源:114资讯

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原标题:恒星合并引起新型超新星爆发被证实:此前只是理论预测

2017年,研究者在甚大阵列 (Very Large Array) 巡天获取的数据中发现了一种特别明亮且不寻常的射电源。近日,加州理工学院研究生Dillon Dong等人确定,该射电耀斑由双星系统中黑洞或中子星撞击其伴星引起。

当大质量恒星停止放热聚变时,它不再能够承受自身重力,其核心自行坍缩,引发超新星爆炸,并留下一个致密的中子星或黑洞。由于大多数大质量恒星都诞生在密近的双星系统中,中子星或黑洞可以靠近其伴星的轨道,并有可能向内旋进直到它们合并。

理论预测,这类合并也会引发超新星爆发,但以前从未观察到此类事件。而此次工作首次确认由恒星合并引起的超新星。

相关研究论文于9月3日发表在国际知名学术期刊《Science》上,论文标题为《A transient radio source consistent with a merger-triggered core collapse supernova》(与合并引起的核心坍缩超新星一致的射电瞬变源)。

“我们对研究射电天空如何随时间变化感兴趣。它变化的最引人注目的方式之一一颗恒星在超新星中爆炸。当爆炸的恒星撞击周围的气体并产生冲击波时,超新星会产生射电辐射。想象一下,一辆没有刹车的汽车以每小时150公里的速度行驶在高速公路上。突然,汽车在高速公路上遇到了车流,它撞上第一辆车,然后这辆车又撞到它前面的车,这种反应持续着。”Dong对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者表示。

“在这种情况下,超新星是汽车,可能以每秒10000公里的速度行驶,它所撞击的‘交通工具’是被黑洞喷射到太空中的恒星外层。这种剧烈冲击相互作用产生了我们观察到的射电辐射。”

射电瞬变源是一种寿命短暂的射电源,它像在黑暗房间中点燃的火柴那样燃烧亮起又迅速熄灭,可以用于识别不寻常的天文事件,例如,大质量恒星爆炸并喷出高能喷流,中子星合并等。

此项工作中,Dillon Dong及其同事使用甚大阵列巡天的数据搜索射电瞬变源并确定了一个非常明亮的射电源(能发射强无线电波的天体)——VT J1210+4956。

VT 1210+4956是迄今为止与超新星有关的最明亮的射电瞬变源。其发生在一颗恒星以超新星形式爆炸时,爆炸喷出的物质与气体外壳相互作用。

明亮的VT 1210+4956

Dong表示,大多数超新星比VT 1210+4956暗得多:有些超新星的亮度比VT 1210+4956弱100万倍以上。这可能是因为他们前面没有“车辆”。就像美国郊区的一条公路,很长一段距离内都没有汽车。“在我们的例子中,交通就像从北京机场出来的高速公路。因此,我们观测到的撞击是迄今为止观测到的最明亮的射电超新星之一。”

然而,由于气体外壳本身及其从恒星上脱离的时间尺度都不寻常,Dong怀疑这次爆炸的故事可能有更多内容。加州理工学院研究生 Anna Ho建议将这种无线电瞬变与 X 射线光谱中不同的短暂明亮事件目录进行比较。通过比较,Dong发现了一个与 VT 1210+4956 来自天空中同一点的 X 射线源,仔细分析后他确定 X 射线和无线电波很可能来自同一事件。

VT 1210+4956 与其他射电超新星的推断的冲击特性比较

该团队在仔细建模后确定了最可能的解释。他们推测,一个双星系统中,一颗恒星先爆炸留下残骸(黑洞或中子星),该残骸一直在紧密地围绕着伴星。随着时间的推移,黑洞开始吸走伴星的大气层并将其喷射到太空中,形成气体环。这个过程将两个天体拉得越来越近,直到黑洞陷入伴星,导致伴星坍缩并爆炸为超新星。

X射线由恒星坍缩时从核心发射的喷流产生。相比之下,无线电波是在几年后爆炸的恒星到达气团时产生的,气团是由旋进的致密物体喷射出来的。

一颗大质量恒星和一个致密天体可以形成“稳定轨道”(stable orbit),两个天体会在漫长的时间内逐渐螺旋靠近。这个过程形成了一个稳定数百万到数十亿年的双星系统,但最终会发生碰撞并发出LIGO团队在2015年和2017年观测到的那种引力波。

然而,在VT 1210+4956的情况下,两个天体立即发生了碰撞,产生了X射线和无线电波。尽管理论上已经预测了此类碰撞,但这是首次发现现实证据。

“这是发现首个的大质量恒星吞噬其中子星或黑洞邻居时产生的超新星。”Dong表示,“在过去的10年里,天文学家已经开始意识到大多数恒星并非单独诞生的:许多大质量恒星以双胞胎或三胞胎(甚至更多)的形式诞生。一个系统中多颗恒星之间的相互作用可以产生非常有趣的行为,这一点我们现在才开始了解。我认为这种新型超新星只是将从多颗恒星相互作用中发现的许多有趣现象之一。”

谈及关于超新星的下一步研究,Dong表示,“这颗超新星仍在进行中,所以我会继续观察它,直到它从探测中消失。这将有助于我们了解中子星或黑洞何时进入恒星的第一阶段。我还将继续在射电天空中寻找有趣的新的射电源。”返回搜狐,查看更多

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