哈勃观测银河系中仍在进行的最大恒星焰火

  5457开奖直播,2019.7.1:十八世纪40年代,航行在南大洋的水手,夜晚会用船底座一颗特别明亮的恒星来导航它就是船底座,中文名海山二。大约有十年,它曾经是夜晚第二亮的恒星(仅次于天狼星)。那些水手很难想象,二十几年后的18世纪60年代,这颗“亮星”会暗淡到肉眼都看不见!海山二经历了一次大规模爆发,然后它隐身于由此产生的尘埃云中。

  哈勃在紫外波段拍摄的海山二,大图:4.38MB。版权:NASA,ESA;研究团队,下同。

  本图由哈勃的第三代广域相机在紫外/光学通道(UVIS)拍摄,曝光时间2018.3和2018.7,伪彩配色,滤光通道和配色如下:280纳米(nm)的紫外波段电离镁谱线nm的长波紫外光,绿;658nm的红光电离氮线[NⅡ],红。海山二位于船底座,恒星编号,离我们约7500光年,天球坐标:赤经10点45分03.546秒,赤纬-594103.95。

  让我们想象一下,一场始于170年前并延续至今的慢动作焰火秀。这不是发生在地球大气层中的烟火表演,它是遥远太空中的一颗超级巨星它就是船底座,双星成员中的最大子星。借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,天文学家给7500光年外的这颗巨星拍摄了从紫外光到近红外光的最新肖像,展示了它炽热的发出红、白、蓝光的膨胀气体(光谱分类上它属于高光度蓝变星,LBV,译注)。

  这个天上的爆发形成了一对双极球瓣状、和丝状结构物的气体尘埃云(就是船底座大星云中的侏儒星云,译注)。这颗狂暴恒星最初质量可能超过了150个太阳质量,几十年来,天文学家一直在猜测,它什么时候会彻底毁灭。

  这场恒星焰火始于18世纪40年代,海山二经历了一场泰坦级爆发而变成整个夜空第二亮的星(堪比一次超新星爆发,译注),并持续近十年。当时的海山二是如此明亮,以至于它成为南大洋水手事实上的导航星。

  但是海山二很快变暗,今天它仅是肉眼勉强可见。不过恒星焰火还在持续,因为船底座还活着(所以那次大爆发只能算假超新星,译注)!过去25年间,科学家动用包括哈勃在内的一切天文仪器,研究这个古怪而暴躁的天体。

  借助哈勃的第三代广域相机(WFC3),天文学家在紫外波段观测了温暖气体中镁(Mg)的光谱,在他们意料之外的区域发现了Mg的踪迹(图中以蓝色标识)。

  不带标签的海山二图像,那些星点是船底座大星云中的恒星,大图:12.3MB。

  长久以来,科学家就知道1840年代的大爆发时形成的冲击波,在冲入这颗恒星早先抛出的物质云时,因加热而形成复杂纷繁的丝状结构。因此天文学预期在那些丝状物区域(该区域中富含氮N,发红光),也能发现Mg的存在。但结果却在被冲击波加热的丝状物和双极尘埃云之间,新发现一大片明亮的镁富集区。

  哈勃项目团队领队、图森市亚利桑那州立大学的南森史密斯(Nathen Smith)解释道:“我们发现了大片在大爆发时产生的温暖气体,它们到现在仍未撞到海山二周围的气体云。在我们预期是空腔的区域,却发现了大量(镁离子)的辐射。这些快速运动的额外物质,加码了对早先那场大爆发的总体能量要求。”(译注:所谓气体的炽热hot、温暖warm,主要看气体粒子的能量,与我们通常的温度概念有所不同)

  这些新揭示出来的气体,对我们理解那次爆发是如何开始的很重要,因为它意味着快速的高能喷射(以镁离子为代表)可能比形成双极状气体云的喷发稍微早一些。天文学家需要进一步的精确测量以确定高能喷射的速度,倒推它出现的时间。

  本图的一个显著特征就是左下叶尘埃云外蓝色区域中的直线状结构。它是紫外线穿过尘埃云团块表面的缝隙后形成的。在尘埃泡扩展到周围气体云之前,星光先留下了细长的辐射影子。团队成员,纽约BoldlyGo研究所的乔恩莫斯(Jon Morse)继续解说:“这种光影效果,就像我们看到云层边缘漏下的太阳光一样,虽然船底座的案例中,物理机制略有不同。”(原理一样,只不过可见光与紫外线的区别,译注)

  研究者继续介绍,这种分析温暖气体紫外辐射的技术,也适用于其他恒星、气体云。

  史密斯接着旁白:“我们用哈勃在可见光和近红外波段研究海山二已近十年,并自认为已经能相当完美地解释它的喷发残骸成因。但是这张紫外光图像看起来大有不同,揭示了我们在光学、红外波段从未注意到的气体细节。我们为紫外辐射的这一观测前景而激动,因为它也有望发现其他类似天体的喷发物,比如超新星前身星等垂死恒星。只有哈勃能够获得如此精细的图像。”

  海山二的历史相当的暴烈,倾向于不定期的抛出部分恒星物质,就像一个巨型星际间歇泉。对这颗巨星抽疯行为的一种解释是,一个三合星系统经历复杂的引力相互作用而发生合并。在18世纪中叶,最大的子星吞并了另一颗子星,并产生了我们当时看到的大爆发(大量的炽热喷发物发出的光使得它变成了全夜空第二亮星,译注)。那场爆发的遗迹,就是我们现在观测到的巨大的膨胀双叶气泡。

  大自然的一个偶然巧合,使得天文学家得以详细分析那次大爆发的细节。此前的哈勃观测发现,大爆发的部分光线,在船底座大星云中经过比海山二更遥远的远处星云的反射,才刚刚抵达地球。这个现象称为“光回声”,其原理类似山谷的回声,只不过传播媒介是光而不是声波。

  这颗怪兽级巨星将在不远的将来抵达其生命终点,以超新星爆发的形式绽放其最终的璀璨焰火。也许,超新星爆发已经发生了,只不过这场银河系最明亮爆发的光还在路上,尚未抵达地球。

  (译注:以下是官宣)哈勃是NASA和ESA的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔市(Greenbelt,绿化带)的NASA戈达德太空飞行中心负责管理哈勃望远镜运行;马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科研所(STScI)负责哈勃科学项目的具体操作管理。STScI隶属于华盛顿特区的全美天文学联合会(AURA),并受NASA管辖(好复杂的官僚关系)。