天文学家破译了即将成为超新星的恒星的一些预警信号

天文学家破译了即将成为超新星的恒星的一些预警信号

我们知道 参宿四不会很快爆发,但如果真的发生了,天文学家说他们现在有办法给我们几个星期的警告。

最近的一项研究表明,像参宿四这样的红色超巨星在其生命的最后几个月会发生明显的变化,这可以让天文学家提前发现正在发生的超新星,而不仅仅是关注后果。 天体物理学家在最近的一篇论文中发表了他们的工作 皇家天文学会月报.

什么是新的 – 根据利物浦约翰摩尔斯大学天体物理学家本杰明戴维斯和他的同事的说法,如果一颗红超巨星——一颗质量比我们的太阳大 10 到 40 倍的大恒星——急剧变暗并变成更深的红色,那么一颗超新星可能迫在眉睫。 他们根据对附近星系中数十颗红色超巨超新星的观测结果,模拟了导致验尸前变暗的过程。 他们的结果表明,在超新星爆发前的几周或几个月内,这颗恒星的可见光应该会变暗约 100 倍。

变暗和变红的发生是因为恒星在最后几个月将自己包裹在稠密的气体茧中(主要是氢,以及其他元素)。 当恒星燃烧完最后的核燃料时,恒星会在一系列小爆炸中从其表面喷出气体——至少根据一个尚未验证的想法。 可以把它想象成地球上火山爆发之前发出的警告的恒星版本。

在其生命的最后一两年,恒星会燃烧氖,然后是氧气,然后是核心中的硅。 当它耗尽一个元素的供应时,核心收缩——一种局部崩溃,当它点燃下一个元素时就会停止。

“当这些后期的燃烧转变爆发为生命时,它们会通过恒星发出冲击波,几乎就像迷你超新星爆炸一样,”戴维斯告诉 . “它们不会炸毁恒星,但它们确实会将物质从表面升起,”

2020 年 2 月的一个夜晚,猎户座和北部冬季银河系的肖像。 艾伦戴尔/Stocktrek 图片/Stocktrek 图片/盖蒂图片

根据戴维斯和他的同事的观察和模型,在其最终核心坍塌的那一刻,一颗红色超巨星被一个气体茧包围,比目前参宿四周围的微弱云“密度高几个数量级”。 想象一下质量约为太阳十分之一的气体云,围绕着一颗距离其表面约一百万公里的暗红色恒星; 换句话说,那是一层厚厚的气体,密度约为我们太阳的 5%。

这是背景—— 当一颗恒星爆炸时,天文学家可以研究它的残余物——一个膨胀的热气体和辐射云——以寻找关于这颗恒星及其周围环境在最终灾难发生前是什么样子的线索。

戴维斯和他的同事写道:“超新星辐射本身可以为我们提供关于核心坍缩时恒星是什么样子的暗示。” 他们注意到,在数十颗红色超巨超新星爆发后,光线变亮变暗的方式表明,这些注定要毁灭的恒星在它们的最后时刻被稠密的物质云所包围。

在爆炸后的一两天内设法瞥见超新星遗迹的望远镜看到当冲击波穿过它时,从那团物质云中发出微弱的辐射线。 然而,没有人真正看到过那个州的红超巨星,尽管在它们火热的灾难性灭亡之前的几年里已经拍到了几十颗。 反过来,这表明这种变化不仅必须发生在数年,而且只能发生在恒星生命结束之前的数月甚至数周。

因此,戴维斯和他的同事编写了几个计算机模拟程序,模拟了恒星周围物质云可以积累的不同方式。 其中一个涉及一个慢得多的过程,在大约一个世纪的时间里,一股异常强烈的恒星风将物质从恒星表面吹起。 另一个涉及戴维斯描述的更快、更戏剧化的过程 . 研究人员比较了模拟,看看哪一颗产生的超新星与他们研究的现实世界的例子最相似。

事实证明,突然变暗几乎必须发生在恒星生命的最后几个月甚至几周内,因为它在最后阶段颠簸,在这个过程中将物质喷射到太空中。

参宿四是一颗红超巨星,也是夜空中第十亮的恒星。哈维尔扎亚斯摄影/时刻/盖蒂图片社

为什么重要—— 这是天文学家可以使用的知识。

即使是最热、最亮、寿命最快的恒星也会燃烧数百万年,但当一颗大质量恒星死亡时,它会在瞬间死亡。 天文学家经常在几天内发现超新星的炽热残余,因为很难错过明亮到足以让整个星系发光的东西。 但爆炸的实际时刻是一眨眼就错过的现象。

“要获得这些非常早期的数据,你基本上必须将你最大和最好的望远镜对准任何让人畏缩的东西——如果你等着看它是否真的是超新星,那已经太晚了! 所以,有很多哑弹,”戴维斯说。

然而,如果天文学家能够读取即将发生的超新星的警告信号,他们就会知道该观察哪些恒星,并且他们可以捕捉到正在发生的恒星灾难。

“有许多新的任务正在筹备中(例如维拉鲁宾天文台),计划每隔几天左右对大部分天空进行一次调查,”戴维斯说。 “如果我们看到一颗红超巨星开始’环绕排水沟’,我们将有足够的提前通知将其他望远镜放在它上面,以观察这种物质积累时会发生什么。”

下一步是什么 – 与此同时,尽管它在过去几年里一直表现怪异,但参宿四不太可能很快成为超新星。

“尽管参宿四最近变暗了,但它并没有像我们在恒星生命的最后一年看到的那样喷射物质,”戴维斯说。 “此外,我们已经知道在接下来的 10 年内继续爆炸的红超巨星比普通红超巨星更红,而参宿四不是。 所以我认为我们是安全的!”

如果参宿四要吹起来会是什么样子?

“当物质被喷出时,它可能会产生一点‘闪光’,但在接下来的几个月里,随着物质迅速冷却并包裹住恒星,它会变得暗淡 100 倍,”戴维斯说。

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