348年前,那位天文学家看到的究竟是什么?

348年前,那位天文学家看到的究竟是什么?

1670年6月,法国僧侣和天文学家安塞尔梅(Pere Dom Anthelme)在天鹅座头部下方看见了一颗突然出现的恒星。自那之后的三百多年以来,天文学家们一直在思考这样一个谜题:安塞尔梅看到的究竟是什么?


○ 1670年6月20日,安泰尔姆发现了天鹅座下这颗明亮的恒星(图中标示为Nova 1670),7月25日,赫维留(Johannes Hevelius)也独立发现了它。1671年3月,这颗恒星再次变得明亮。此后,赫维留和卡西尼(Giovanni Cassini)观察着这颗恒星逐渐暗淡下去,直到1671年5月肉眼再也无法看见它为止。 | 图片来源:Royal Society


长久以来,人们认为这是一颗新星——在爆炸时周期性变亮的恒星。但是最近,包括来自明尼苏达大学的两位教授在内的一个国际天体物理学家团队,破解了这个持续了348年的难题。这位僧侣目睹的是白矮星与褐矮星的爆炸性合并,这是历史上第一次观测到这一现象。

白矮星是像太阳这样的恒星在生命末期的的残留物。相比之下,褐矮星则属于“失败的恒星”,这是因为虽然它们的质量为木星质量的15-75倍,但不足以像太阳和其他恒星那样引发热核聚变。白矮星和褐矮星绕着彼此旋转,直到距离太近而融合在一起,这个过程中喷射的碎片的化学组成透露了这个神秘物体的起源。


○ 褐矮星(Brown Dwarf)的质量通常为为木星质量的15-75倍,但是非常致密。 | 图片来源:NASA/JPL-Caltech/UCB


褐矮星的命运算是十分悲催了。

明尼苏达大学的物理学和天文学教授Charles Woodward解释说道,就像是你把萨尔撒酱放进搅拌器,却忘了盖上盖子。白矮星就像底部搅拌的叶片,而褐矮星就像是酱料。褐矮星被撕碎,它的残骸形成两股喷射物。

Robert Gehrz也是明尼苏达大学的物理学和天文学教授,他和Charles Woodward是这个团队的成员,他们提议研究这个天体,并协助设计设在智利的ALMA射电望远镜的观测程序。

这颗不同寻常的恒星被称为狐狸座CK星(CK Vulpeculae),位于狐狸座,恰好处于天鹅座β星(Albireo)下方,夏季大三角内部。这颗恒星距离地球大约2200光年。


○ 夏季大三角是指夏季夜空最亮的三颗星:天鹰座α星、天琴座α星、天鹅座α星,也就是牛郎星、织女星、天津四。| 图片来源:Michelet


白矮星和褐矮星开始时相当普通,它们在一个双星系统中围绕着彼此旋转,天体物理学家相信大多数恒星都是如此诞生的。据估计,白矮星的质量是褐矮星的10倍。当它们合并时,褐矮星被撕裂,其残骸被倾倒在白矮星表面。

挤压的引力会加热褐矮星的物质,并导致热核聚变反应,释放出由分子和化学同位素组成的混合物。这导致了僧侣安泰尔姆注意到的亮光。

狐狸座CK星用肉眼是看不见的,但是通过望远镜,可以看见合并过程中喷射的碎片像两个明亮的尘埃气体环,围绕着致密的核心物体形成发光的沙漏结构。


○ 白矮星和褐矮星合并,形成沙漏结构的狐狸座CK星。| 图片来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. P. S. Eyres


通过研究在合并系统的两颗背景恒星发出的光线,研究人员发现了锂元素的存在。锂元素是一种轻元素,在发生核聚变的恒星内部不可能存在。他们还发现了甲醛、甲醇等有机分子,它们也不会存在于恒星内部。因此,这些分子必然是碰撞过程中的碎片产生的。

碎片中的尘埃质量大约是太阳质量的百分之一。参与这项研究的亚利桑那州立大学教授Sumner Starrfield说:”对于典型的新星爆发来说,这个尘埃含量太高了;而对于更大质量恒星的合并来说,却又太低了。“

来自尘埃含量的证据,加上同位素的数据,表明这是白矮星和褐矮星的碰撞。而且,其残星仍然在喷发物质。

Gehrz说:”像这样的碰撞或许推动了银河系和整个宇宙的化学演化。喷射的物质在太空中传播,并与新一代恒星结合在一起。“

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