参宿四同人类一样年轻?它可能是在几十万年前由两颗恒星合并而成

现代人,或者说智人,只存在了大约25万年。从宇宙学的角度来说,那只是一眨眼的功夫。事实证明,参宿四可能只有同样的年龄。

一项新的研究探索了参宿四是在几十万年前由两颗恒星合并而成的观点。

这项研究的题目是“参宿四是过去合并的结果吗?”主要作者是马诺斯·查佐普洛斯,路易斯安那州立大学物理学和天文学助理教授。这项研究可在网上公开档案馆arXiv.org查阅。

参宿四,或称猎户座α星,是天空中第十亮的恒星。在北半球,猎户座在冬季尤为突出。它是一颗红色的超巨星,肉眼可以清楚地看到它的红色。

猎户座的地面拍摄图像。图片来源:藤井秋香

今年早些时候,参宿四因其亮度的变化而成为头条新闻。变化的光度是神秘的,有些人怀疑这是否意味着恒星很快就会变成超新星。但参宿四本身比它的光度变化更神秘。

参宿四可能是一颗逃逸的恒星,从它的诞生地猎户座OB1被逐出。它以大约30公里/秒的速度穿过星际介质(ISM),并产生了超过4光年宽的巨大弓形冲击。这就是参宿四的恒星风撞上ISM的地方。

参宿四的自转速度也很快,大约为5.5公里/秒,而我们的太阳的自转速度只有2公里/秒。它是巨大的。如果它位于太阳系的中心,它的轨道将吞没水星、金星、地球、火星,甚至木星。

在他们论文的导言中,作者写道:“我们认为,能够解释参宿四的快速旋转及其观测到的高空间速度的最佳方案是,一个双星在几百万年前被其母星团动态驱逐,然后合并。”

参宿四占了很大的空间。像它这样的红色超级巨星是宇宙中体积最大的恒星,它们燃烧了核心的大部分氢并膨胀。物理学规定,当物体膨胀时,它们的旋转会减慢。这有时被称为“花样滑冰者”效应,因为花样滑冰者在旋转时,会张开双臂来减缓旋转速度。(但这实际上是角动量守恒。)

但是参宿四的旋转速度比它应该的要快。事实上,不仅仅是参宿四旋转的速度比它应该的要快,其他一些亮星也这样。作者写道:“大规模观测调查序列恒星已经表明,它们中的许多以高达450公里的速度旋转。他们还指出开普勒发现了处于巨大相位的恒星,它们的旋转速度比太阳快18倍。”

这引出了另一个关于恒星的观测事实:许多恒星是双星对。根据Chatzopoulos和论文的其他作者的说法,这意味着在形成像参宿四这样的恒星方面,合并所起的作用可能比天文学家想象的要大。

“这些发现,加上观察到大多数(60%)的大质量恒星是双星系统的成员,而这些系统中的大多数大质量恒星有时会经历双星相互作用,其中三分之一甚至会经历合并,这指出了研究恒星合并对大质量恒星旋转特性长期演化影响的重要性。”

这是天文学家小组认为发生的事情。

在过去的一段时间里,可能是几百万年前,参宿四和它的双星同伴被从猎户座OB1出生地驱逐出去。主星的质量约为16个太阳质量,次星的质量约为2或3个太阳质量。

当较大的恒星离开主星序,演化成红色超巨星相时,其包络线扩大。最终,大恒星的包络线扩展到200到300个太阳半径,大恒星包围了小恒星。然后,这颗新星的速度和它巨大的包络线被“旋转”到与参宿四几千年来的观测结果一致的范围内。

从一个模拟合并的研究中得到的图像。左面板显示二进制对的初始数组。右图显示了围绕主星核心的次恒星的潮汐力瓦解

。这些颜色显示出不同的气体密度。图片来源:Chatzopoulos等人,2020年。

有趣的是,根据研究中的模型,二级恒星的死亡螺旋发生得很快。“在75个轨道里面,第二个轨道与主轨道接触,随后经历了对最初核心的一种旋进,直到它被潮汐力所瓦解。后一阶段持续了5天。”

参宿四的大气中氮含量也异常高。据研究人员称,这也可以通过合并来解释。当伴星被吞噬时,它可能会从较大恒星的核心中搅动氮气。

在他们的论文的结论中,研究小组写道,恒星合并是“宇宙中普遍存在的特征”,是“快速旋转的巨星和超巨星的合理形成通道……”

但他们也承认,还有另一种可能解释像参宿四这样快速旋转的红色超级巨星。

“另一种情况是,参宿四的前身是由双星吸积而成,并由伴星的超新星爆炸释放出来,这需要一组经过微调的条件,但不能排除这种可能性。”

作者: universetoday

FY: kira kira

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:

相关文章

推荐文章