观看“实时”的恒星演化


黄貂鱼星云中央一颗恒星诡异的行为提供了诱人的线索,暗示我们可能看到了恒星氦闪的一手情景。氦闪是恒星生命终结之时爆发性的核燃烧阶段。
恒星和星系演化的时标通常长得让人类的经验相形见绌。举例来说,太阳在过去45亿年的历史中改变甚少。不过位于黄貂鱼星云中央的恒星SAO 244567是这一惯例的罕见例外。
在过去的几十年里,SAO 244567的表现很是诡异,它的温度迅速增高,损失了可观的质量。天文学家猜测,我们不仅在观看这颗恒星的实时演化,可能还直接看到了它的氦壳层爆燃,这是一个爆发性核燃烧的阶段,标志着类太阳恒星剧烈的生命终结。

哈勃空间望远镜拍摄的黄貂鱼星云。在这张照片中,明亮的中央恒星位于绿色气体环中心。图中的颜色是由氮(红色)、氧(绿色)和氢(蓝色)元素发出的真实色彩。(图片版权:NASA)
由于通常我们无法看到在眼皮底下演化的恒星,我们会观测处在生命不同阶段的大量恒星样本,并尝试利用大量快照构建出单颗恒星的演化史。论文的第一作者、来自德国埃伯哈德•卡尔(Eberhard Karls)大学的尼科尔•赖因德尔(Nicole Reindl)说:“这是SAO 244567的特别指出——我们可以直接看到恒星的演化。”
这颗恒星处在已知最年轻的行星状星云中。这种被误称的恒星残骸是濒死恒星将外包层吹向宇宙空间时产生的。因此根据其0.16光年的直径(这是大多数已知行星状星云直径的十分之一,约合太阳系尺度也就是冥王星轨道的130倍),它向外膨胀的时间相对较短。
早至1971年的观测给出的中央恒星温度是21000开尔文。但是在2002年,另一次观测给出的温度高达60000开尔文。在如此短的时间内温度增加到如此高的程度是前所未闻的。因此赖因德尔与同事挖掘了由一系列空间和地面望远镜拍摄的过往图像,以了解这一快速演化的恒星。
小组认为,恒星温度的突增以及猛烈的星风是氦闪无法掩饰的迹象,而迄今为止这一过程还没有被人观测过。
起先恒星通过将核心深处的氢元素聚变为氦来获取能量。但是最终(对于太阳来说还有几十亿年)恒星核心的氢元素将耗尽,随后演化成低温的明亮巨星,它有着缩小的核心与延展的大气。(我最喜欢的此类红巨星样本就是猎户座的参宿四。)
在经历了略为凌乱的物理过程之后,恒星收缩的核心开始将氦元素聚变为碳,而核心以上的一层壳层继续将氢元素聚变为氦。对于中高质量恒星而言,这一过程还在延续,产生了围绕恒星核心的一系列壳层,其中进行着不同的核燃烧过程。
对于质量较小的恒星来说,氦元素的聚变会由于缺乏燃料而停止,不过其上的壳层会落下额外的氦余烬。额外的氦余烬可以偶尔点燃聚变,形成明亮的氦壳层爆燃。这一过程随后会引发热脉冲,恒星在期间看起来暂时增亮并膨胀了。
来自NASA戈达德太空飞行中心的论文合作者杰弗里•克鲁克(Jeffrey Kruk)说:“氦闪会在短时间内向恒星大气倾泄海量的能量,这就是快速演化的原因。”
在快速演化阶段,厚厚的气体尘埃云包裹了处在生命末期的恒星。当氦闪开始熄灭时,核聚变会最终停止,留下的只是名为白矮星的冷却余烬了。
参考文献:N•赖因德尔等人,《激动人心的黄貂鱼星云恒星快速的演化》,《天文学和天体物理学》,2014年
(全文完)


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95919000:2017-06-25 20:10:49