失控的白矮星？振奮科學(xué)界

一顆巨大的僵尸恒星正在它的母星團(tuán)中暴走

這顆失控的白矮星正在逃離靠近地球的畢星團(tuán)，該星團(tuán)位于金牛座。

如圖所示：一顆巨大的失控白矮星從畢星團(tuán)中逃逸。（圖片來(lái)源：羅伯特·利/國(guó)家航空和宇航局）

這聽(tīng)起來(lái)就像是宇宙恐怖故事中的情節(jié)——在萬(wàn)圣節(jié)即將來(lái)臨之際，一顆死亡已久的僵尸恒星從附近被稱為畢星團(tuán)的星群中橫沖直撞而出。但與喬治·A·羅梅羅電影中蹣跚而行的喪尸不同，相對(duì)于它逃脫的星團(tuán)，這個(gè)巨大的宇宙食尸鬼以每小時(shí)22,000英里（每秒10公里）的速度移動(dòng)。

然而，與其說(shuō)是棘手的麻煩，不如說(shuō)這顆失控的白矮星是科學(xué)界一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)。這個(gè)迷人的天體可以幫助解開(kāi)關(guān)于畢星團(tuán)的一些未解之謎，該星團(tuán)位于距離地球約 153 光年的金牛座。例如，它可以幫助科學(xué)家確定像這樣的天體在沒(méi)有外援的情況下可以變得有多大。

銀河系中大約97%的恒星的生命最終形式呈現(xiàn)為白矮星。這讓天文學(xué)家們不禁要問(wèn)，其余的白矮星到底發(fā)生了什么？然而，盡管這些死了的星星具有共性，但核心只有幾顆白矮星的畢星團(tuán)由數(shù)百顆恒星組成。人們相信這些恒星大約在同一時(shí)間（6.25億年前）形成，而且來(lái)自同一團(tuán)坍縮的氣體和塵埃。

這使得天文學(xué)家想知道剩下的那些發(fā)生了什么——盡管他們有一些想法。

畢星團(tuán)的恒星以松散的方式相結(jié)合，這意味著它們可以被彈射。彈射的一種方式是與其他星團(tuán)進(jìn)行相互作用；另一種方式與在星團(tuán)之間移動(dòng)的大量氣體云有關(guān)。

但關(guān)鍵問(wèn)題是，鑒于這種彈射的可能性，畢星團(tuán)中沒(méi)有白矮星或許是因?yàn)橐恍┌装潜粡椛涑鋈チ恕?/p>

正是這一理論促使英屬哥倫比亞大學(xué)研究員大衛(wèi)·米勒及其同事開(kāi)始尋找那些可能從畢星團(tuán)中彈出的白矮星。為了進(jìn)行分析，研究人員使用了蓋亞航天器收集的數(shù)據(jù)，該航天器自2013年以來(lái)持續(xù)跟蹤了超過(guò)10億顆銀河系恒星。不出所料，研究小組發(fā)現(xiàn)了三顆白矮星，它們的速度表明它們可能是從畢星團(tuán)中彈出的。

其中兩顆恒星的質(zhì)量是太陽(yáng)的1.1倍，所以它們不太可能來(lái)自于畢星團(tuán)。但第三顆恒星，即蓋亞EDR3 560883558756079616，質(zhì)量是太陽(yáng)的1.3 倍，這表明它是一顆逃脫的星星。

“有趣的是，人們確認(rèn)質(zhì)量如此高的白矮星誕生于畢星團(tuán)中。畢星團(tuán)的恒星數(shù)量并不特別豐富，而且它也不位于銀河系中特別密集的區(qū)域。大部分人認(rèn)為它是一個(gè)典型的中規(guī)中矩的星團(tuán)，”該團(tuán)隊(duì)在關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的論文中寫道，“使該星團(tuán)與眾不同的唯一因素是它是距離太陽(yáng)最近的星團(tuán)。這使得人們能夠探測(cè)到年份更早、溫度更低的白矮星，并能夠更精確地追蹤逃脫的恒星，也使我們能夠比其他任何星團(tuán)都更加詳細(xì)地研究這個(gè)星團(tuán)?！?/p>

不僅如此，典型的白矮星質(zhì)量大約是太陽(yáng)的0.6倍，這意味著這次失控是科學(xué)家目擊到的同一類型中質(zhì)量最大的案例之一。由此天文學(xué)家能更好地評(píng)估分開(kāi)白矮星與其他類型恒星如中子星的分界線在哪里。

太陽(yáng)大小的恒星耗盡其核心的氫時(shí)，白矮星就誕生了，而氫是其核心進(jìn)行核反應(yīng)所需的燃料。沒(méi)有燃料，核反應(yīng)就無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。這些核反應(yīng)的結(jié)束也意味著向外能量的結(jié)束，向外能量支撐恒星對(duì)抗自身引力的向內(nèi)能量。

因此，處于這個(gè)階段的恒星核心在自身引力下坍塌，而外層的核聚變?nèi)栽诎l(fā)生“膨脹”，令恒星膨脹到直徑比正常情況下大10到100倍。太陽(yáng)將歷經(jīng)大約50億年的轉(zhuǎn)變，最終直徑達(dá)到火星整個(gè)軌道的直徑。彼時(shí)我們的主恒星也將吞噬包括地球在內(nèi)的內(nèi)行星。

隨著時(shí)間的推移，瀕臨死亡的恒星的膨化物質(zhì)會(huì)不斷膨脹和冷卻，最終形成行星狀星云。 與此同時(shí)，恒星的內(nèi)核會(huì)逐漸燃燒，成為白矮星殘骸，由無(wú)法進(jìn)一步坍縮的物質(zhì)組成。量子物理學(xué)中的一個(gè)名為電子簡(jiǎn)并壓力的法則阻止了物質(zhì)的進(jìn)一步坍縮。然而，如果一顆恒星的質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍左右，即所謂的錢德拉塞卡極限，那么這種電子簡(jiǎn)并壓力是會(huì)被抑制的，倘若恒星突破錢德拉塞卡極限，將物質(zhì)拉得如此之近，它們就會(huì)成為中子星或黑洞。

白矮星通常借助從伴星中拉出的物質(zhì)并將其虹吸到它們的表面來(lái)接近、有時(shí)甚至超過(guò)錢德拉塞卡極限。這誘發(fā)了白矮星表面的熱核爆炸，使它看起來(lái)似乎又活過(guò)來(lái)了。

因此，當(dāng)這些死星被發(fā)現(xiàn)接近質(zhì)量極限時(shí)，這通常意味著它們是來(lái)自兩顆恒星的物質(zhì)產(chǎn)物，而不是一顆——宛若由兩個(gè)恒星體縫合在一起的弗蘭肯斯坦。

不過(guò)，這顆從畢星團(tuán)逃逸的白矮星似乎只是一顆恒星的產(chǎn)物，因此它可能是迄今為止發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的前身星。

“這為由單個(gè)前身星產(chǎn)生的白矮星提供了關(guān)鍵的觀測(cè)基準(zhǔn)，表明單個(gè)恒星可以產(chǎn)生質(zhì)量接近于錢德拉塞卡極限的白矮星?！碧岢鲞@一發(fā)現(xiàn)的團(tuán)隊(duì)寫道：“畢星團(tuán)不起眼的性質(zhì)與其距離的臨近，這兩樣好處相結(jié)合，足以證明疏散星團(tuán)產(chǎn)生超大質(zhì)量白矮星——包括突破錢德拉塞卡極限的白矮星——的情況可能比之前認(rèn)為的更為普遍?！?/p>

研究小組的研究成果已在《天體物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表，論文庫(kù)arXiv可查閱預(yù)印本。

BY: Robert Lea

FY: 秦半兩

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