新穎新星:氦驅動的恆星爆發可能留下誘人的殘餘物

首個所謂的氦新星,可能是大型白矮星從貧氫伴星吸積物質的結果,可能是超新星的前兆


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2000年探測到的一次被稱為新星的恆星爆炸形成了一個雙瓣狀的物質殼層,這些物質從恆星中噴射出來。 它的形狀像領結,並繼續以極高的速度膨脹。 但是,奇怪的是,從恆星向外流出的噴射物外殼缺乏氫,而氫是宇宙中最常見的氣體。

英格蘭華威大學的天體物理學家丹尼·斯蒂格斯說,以前從未觀察到過這樣的新星。 這個被稱為船尾座V445的天體,因其構成中占主導地位的氣體是氦而非氫,而被稱作氦新星。

氦新星被認為起源於雙星系統,其中一顆星是貧氫星,主要依靠氦來發光,另一顆星是白矮星,是耗盡恆星的超高密度殘骸。 白矮星穩步地從其鄰星吸積氦,直到達到足以觸發核爆炸的密度和溫度。 如果白矮星增長到足以超過臨界的所謂錢德拉塞卡極限——大約是太陽質量的1.4倍——它將在一場被稱為Ia型超新星的災難性核爆炸中點燃。 但如果爆炸侷限於較小白矮星上吸積氦的壓縮殼層,那麼結果就是氦新星,而白矮星會倖存下來。 這種新星曾被預測會發生,但在2000年船尾座V445爆發之前從未被觀察到過。

在11月20日出版的《天體物理學雜誌》上,斯蒂格斯和他的同事,在南非開普敦大學的天文學家帕特里克·伍特的領導下,描述了氦新星船尾座V445快速膨脹的殼層以及它對前身系統的指示意義。 基於多年的地面觀測,斯蒂格斯和他的合著者估計船尾座V445距離我們約27,000光年。 作者從他們的研究活動中得出結論,殼層的瓣以每秒超過6,000公里的速度移動,每個瓣末端的星雲團以更快的速度向外飛馳。

使氦新星不僅僅是天文奇觀的一個考慮因素是它們可能有助於解釋異常年輕的產生Ia型超新星的雙星系統的觀點。 這類爆炸受到了廣泛的研究,因為作為所謂的標準燭光,Ia型超新星構成了宇宙距離測量的基礎,儘管其潛在機制尚未得到很好的理解。

船尾座V445中的白矮星已被估計接近1.4太陽質量的極限,白矮星被認為在該極限點會以Ia型超新星的形式爆炸。 因此,假設白矮星繼續吞噬其富氦鄰星,並且它在新星爆發中沒有噴射出過多的質量,它可能有一天會變成Ia型超新星。 斯蒂格斯說:“雖然我們不能保證,但船尾座V445系統中存在所有必要的條件。 你基本上是在這個雙星系統中載入一個白矮星,它正以相當大的速率從這顆氦星接收物質。”

俄克拉荷馬大學天體物理學家大衛·布蘭奇稱對新星的觀測“精湛”,但沒有明確稱該雙星是Ia型超新星前兆的有力候選者。 系統中的質量轉移率尚不清楚,因此尚不清楚該雙星將如何演化。 但是,這項新研究為以下模型提供了“重要的觀測支援”:一顆氦星,與白矮星以軌道對的形式結合在一起,確實可以為緻密白矮星提供足夠的物質來引發爆炸。

斯蒂格斯承認,如果船尾座V445正在走向超新星,那麼這條道路究竟有多長還是一個懸而未決的問題。 牢牢確定該系統未來的問題是,天文學家尚未清晰地觀察到新星的核心,即其恆星前身所在的位置。 這些恆星仍然被一層模糊的塵埃籠罩著。 斯蒂格斯說:“我們需要等待外殼變薄時才能看到它。” “如果我們知道白矮星的質量以及旁邊恆星的質量,以及它的軌道週期,那麼我們就可以大致向前計算出在這種配置下爆炸需要多長時間。 但在這一點上,我們不知道這個數字。”

船尾座V445中的雙星系統可能還需要幾年才能變得可見。 斯蒂格斯指出,含有氫的普通新星通常會在一兩年內變得可見。 他說:“已經九年了,我們仍然完全看不到該雙星。 因為這是我們第一次看到氦新星,所以沒有真正的基準。 我想我們也許不應該感到驚訝,因為我們不太清楚它需要多長時間以及它在做什麼。”

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