宇宙中最极端的恒星
  • 来源:新浪科技
  • 2020-10-23 10:17

  太阳其实是一颗挺无聊的恒星。“已到中年的”太阳,它的核心仍在燃烧着氢,对当前相对娇俏的尺寸也没什么不满意。尽管它会继续保持这种状态约50亿年,但我们的太阳最终还是会耗尽氢,然后继续消耗核心更深处的氦。这时候,太阳会在短短几亿年时间里膨胀成为红巨星。在吞噬了距离最近的行星(可能也包括地球)之后,太阳会继续剥落其外层,最终变成一颗闷燃的白矮星,周围环绕着美丽的发光气体行星状星云。

  这就是大多数恒星瑰丽的一生。但是就像人一样,有些恒星也有着截然不同的经历。所以,接下来我们不妨快速了解一下宇宙中一些最极端的恒星。

  体积最大的恒星:盾牌座UY

尽管确定任何一颗恒星的确切特征不容易,但据我们了解,宇宙中最大的恒星是盾牌座UY——直径是太阳的1700倍。

尽管确定任何一颗恒星的确切特征不容易,但据我们了解,宇宙中最大的恒星是盾牌座UY——直径是太阳的1700倍。

  和DC宇宙一样,有时候天文学家在描述某些真正非凡的东西时,采用的最简单粗暴的方式就是在名字前面加上“超级”(super)一词。像是超巨星——适合宇宙中已知最大恒星的一个类别。这颗最大的恒星叫盾牌座UY。某一天,太阳也会变成红巨星。如果起初太阳的质量是现在的十几倍的话,它说不定最终也可以变成红特超巨星。(盾牌座UY也已经损失了很多质量。)这些恒星中最大的有时被称为超巨星,可以膨胀到太阳大小的1000倍以上。但位于银河系中心附近盾牌座的这颗盾牌座UY,宽度大约是太阳的1700倍。

  1860年,德国波恩天文台的天文学家首先对盾牌座UY做了分类。但后来,研究人员注意到,盾牌座UY的亮度会每隔大约740天发生变化,于是他们重新将其归类为变星。这类恒星有些是因为外部的原因而改变亮度,比如从我们的视角望去,被其他恒星或星云或云气遮挡。但是,像盾牌座UY这些内因变星,它们的亮度改变是因为内部的物理变化,比如脉动。就盾牌座UY而言,它的亮度变化是因为尺寸的持续扩展和收缩,这也给精确测量其“腰围”带来麻烦。

  但是和任何红特超巨星(包括参宿四)一样,盾牌座UY也注定会在爆炸中死去。在核心的氦燃料耗尽后,它会剧烈地融合越来越重的元素。但只要盾牌座UY在它的余生中不喷出太多质量的话,它最后就会开始生产铁。

  一旦开始造铁,这就相当于给恒星宣判了死刑。和融合较轻的元素不同的是,当恒星开始将两个铁原子核融合在一起时,这个过程不会释放任何能量;相反,它会从周围环境中吸收能量。最终导致塌缩:恒星不再能够产生足够的向外压力以防止其在自身重力作用下内爆。

  最终结果是什么呢?一颗强大的核塌缩(II型)超新星——尽管过程短暂——但还是最终会让盾牌座UY足够明亮闪耀,以至于我们在地球上用肉眼也能看见它。

  质量最大的恒星:RMC 136a1

像RMC 136a1这样巨大而明亮的恒星具有极强的恒星风。恒星风是从恒星表面流出的带电粒子流。它们还会发出强烈的紫外线,强到可以对地球表面进行消毒。

像RMC 136a1这样巨大而明亮的恒星具有极强的恒星风。恒星风是从恒星表面流出的带电粒子流。它们还会发出强烈的紫外线,强到可以对地球表面进行消毒。

  星不可貌相。恒星的大小跟它的质量可没有必然关系。宇宙中已知质量最大的恒星RMC 136a1就是如此。纤细的身材却蕴藏巨大质量。虽然RMC 136a1的质量有超过300个太阳质量那么多,但它的宽度仅是太阳的30倍。

  RMC 136a1位于银河系最大的卫星星系大麦哲伦星系中,是NGC 2070中众多炽热的恒星之一。这个巨大的开放星簇位于位于蜘蛛星云的中心,而蜘蛛星云也是银河系星系团中已知最明亮的一处恒星形成区。多亏了哈勃太空望远镜的观测,天文学家现在知道RMC 136a1只是附近区域200多颗明亮的大质量恒星中的一个,它们都聚集在一个被称为RMC 136的星簇中。但是,RMC 136a1是其中最明亮的那一颗。除了是质量最大的恒星之外,RMC 136a1也是最明亮的恒星。

  虽然我们仍不知道这颗重量级恒星的确切年龄,但是根据2016年的一项研究,RMC 136a1可能还很年轻,只有几十万至一百万岁,所以可以推测它的核心燃烧的可能也是氢。而且,因为RMC 136a1又是一颗罕见的沃尔夫-拉叶星,它的温度极其高,布满重元素,极强的恒星风持续吹走它的外层。

  这些恒星风是那么强大——每小时速度可达580万英里,以至于等走到生命的终点时,这颗恒星可能会吹走足够多的气体,使得它的最终质量只有50多个太阳质量那么多。即便如此,它也足够大,可以产生令人惊讶的超新星爆炸。

  最小的恒星:EBLM J0555-57Ab

天文学家在其穿过三合星系统中较大的两颗恒星,阻挡了部分光芒时,才发现了这颗袖珍的恒星EBLM J0555-57Ab。研究人员利用这种凌星现象也发现了很多太阳系外行星。

天文学家在其穿过三合星系统中较大的两颗恒星,阻挡了部分光芒时,才发现了这颗袖珍的恒星EBLM J0555-57Ab。研究人员利用这种凌星现象也发现了很多太阳系外行星。

  尺寸就是恒星的一切。

  如果一颗恒星超级大,它就会吞噬自己的燃料,从而匆匆走完一生。但是,如果一颗恒星又小又轻盈,那么它的新陈代谢就会很慢,它的一生也会极其地漫长。但问题是,一颗恒星到底可以有多小呢?答案:EBLM J0555-57Ab就是那已知最小的。

  EBLM J0555-57Ab的质量大约是85倍的木星质量,半径比土星稍微大一点点。EBLM J0555-57Ab的状态位于当前恒星模型中核心可发生氢融合的天体质量下限。

  “我们的发现揭示了一颗恒星到底可以有多小,”来自剑桥大学的主要作者亚历山大·博蒂切尔在2017年发现这颗袖珍恒星后说,“这颗恒星形成时如果质量再低一点点,那么它核心的氢聚变就无法维持,届时也就只能变成一颗褐矮星。”

  虽然尚不为人所知,但褐矮星它不是行星,也不是恒星,可以说是一颗失败的恒星。“了解恒星和褐矮星之间的区别可以帮助我们更好地弄明白恒星的形成与演化,”卡内基科学研究所专门研究最小恒星的天文学家谢尔格·迪特里里希说。

  EBLM J0555-57Ab或许很袖珍,但其他袖珍的恒星也不少。比如,TRAPPIST-1这颗恒星,周围有7颗类地行星,质量只比EBLM J0555-57Ab多一点点。又因为质量不到25%的太阳质量的恒星是最常见的恒星,也是拥有类地行星的极佳候选者,因此了解小恒星的生命或许可以帮助研究人员在它们周围找到潜在的适宜居住的类地行星。

  最炽热的恒星:WR 102

WR 102隐藏在这红外图像拍摄到的星云状物中心。恒星的极端辐射正在电离周围气体,从而使气体发光。

WR 102隐藏在这红外图像拍摄到的星云状物中心。恒星的极端辐射正在电离周围气体,从而使气体发光。

  恒星燃烧得越快,它的一生就越短暂。这铁律尤其适用于沃尔夫-拉叶星。这类恒星不仅燃烧起来非常炽热、非常明亮,它们的恒星风也会不断把潜在的燃料吹向太空。目前已知最炽热的恒星WR 102,就是这样一颗沃尔夫-拉叶星,其表面温度大约是太阳的35倍以上。

  就像31冰激凌一样,沃尔夫-拉叶星也有多种“风味”。质量最大的RMC 136a1的光谱类型为WN。但最炽热的恒星WR 102则是一颗极其罕见的WO型沃尔夫-拉叶星。它是一颗晚期恒星,表面富含离子化氧。这么说吧,在我们的整个宇宙中,天文学家所知道的WO型沃尔夫-拉叶星一共也就10颗左右。

  即便是在沃尔夫-拉叶星中间,WR 102的恒星风也十足强烈。目前,WR 102的恒星风每10万年从其表面吹走约一个太阳质量的物质,也就是说WR 102每年损失的质量是太阳损失的好几亿倍。虽然这对一颗大质量的恒星来说也没什么大不了的,但是考虑到这种速度,WR 102可能会在200万年之内彻底消失。只不过,200万年太久,没人等得到。

  天文学家对WR 102感兴趣,不仅因为其表面地狱般的极高温度和快速的质量损失,也因为它马上就要到达恒星演化的最终阶段——超新星爆炸。

  最快的恒星:S5-HVS1

天文学家认为,S5-HVS1是从双星系中弹出来后才达到如此惊人的速度。如渲染图所示,这个双星系统非常接近银河系的中心黑洞。

天文学家认为,S5-HVS1是从双星系中弹出来后才达到如此惊人的速度。如渲染图所示,这个双星系统非常接近银河系的中心黑洞。

  太阳以相对于银河系490000英里/小时的速度在太空中移动。速度是挺快的,但也不算特别。能把自己的速度拿出来吹嘘一番的是恒星中的“闪电侠”S5-HVS1,它是已知速度最快的恒星(非白矮星)。S5-HVS1是一颗中年超高速恒星,以超过每小时390万英里的速度飞离我们的银河系。作为参考,这个速度大约为光速的0.6%。

  2019年,这颗恒星横穿过南部星座天鹅星座时,被天文学家们第一次发现。追溯了它的轨道后,天文学家们很快发现,这个家伙来自银河系的中心,非常接近我们那大约400万个太阳质量的超大质量黑洞人马座A*。

  “这太令人兴奋了,因为我们一直怀疑黑洞会议超高速弹出恒星。但是,我们从未明确地将一颗这么高速的恒星和星系中心联系在一起,”研究的主要作者卡内基·梅隆大学的谢尔盖·科波索夫说,“我们认为,黑洞大约在500万年前以每秒数千公里的速度弹出恒星。当时,我们人类才刚刚学会用两只脚走路。”

  虽然目前只发现了一颗,但研究人员认为S5-HVS1迟早会有同伴的。有证据显示,这颗恒星是在希尔斯机制过程中被弹出来的。天文学家杰克·希尔斯在三十年前提出了这个概念。也就是说,S5-HVS1曾经是双星系的一部分,而这个双星系跟人马座A*有点纠缠不清。当双星十分靠近黑洞时,黑洞会捕获其中一颗恒星,而将S5-HSV1从双星系中释放,弹入太空。

  对一颗恒星来说,这可能不是理想的结局,但至少它躲过了同伴的悲惨命运。

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