M87星系蕴含的秘密:恒星爆炸与大规模喷流相吻合

2023年11月05日 06:17 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

天文学家发现新星爆炸沿着星系 M87 中一个巨大喷流的路径神秘地排列在一起。虽然喷流和新星以前被认为是互不相关的现象,但这种排列方式表明两者之间存在联系。

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每个人都喜欢神秘的事物,天文学家刚刚在附近一个叫做M87的超大质量星系中发现了一个新的神秘事物。和大多数星系一样,M87 星系也经常发生被称为"新星"的恒星爆炸。M87 的另一个特点是从银河系核心向深空喷射出一股巨大的等离子体。

这些现象:喷流和新星,是互不相关的天文现象,科学家们是这么认为的。但是天文学家最近发现,M87 中的新星似乎一反常态地沿着喷流排列,而不是随机地散布在整个星系中。喷流是否在某种程度上引发了新星爆发?可能是的,但谜团是:如何触发的?

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从 M87 银河系核心喷射而出的喷流。资料来源:哈勃遗产小组(STScI/AURA)和 NASA/ESA

一个天文学家小组利用哈勃太空望远镜两次独立巡天获得的数据,证实了在 M87 中存在 135 个新星,它们似乎以意想不到的频率出现在喷流的路径上。研究小组在论文预印本中写道:"这种分布偶然发生的可能性为 0.3%。"

目前还不清楚这种情况是M87所独有的,还是星系喷流的常见效应。

科学家们说:"目前还没有观测到其他具有喷流的星系,其灵敏度或频率都不足以产生足够大的新星样本,来检验M87假定的新星-喷流联系是普遍存在的、罕见的还是虚假的。"

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右图为白矮星从伴星吸积氢的艺术构想图。图片来源:NASA/CXC/M.Weiss

新星是由白矮星表面的爆炸引起的。要发生新星,白矮星必须是一对双星,并且离它的伙伴星足够近,以便从它那里吸收物质。与超新星不同的是,新星不会完全摧毁白矮星,而且随着时间的推移,同一颗恒星可能会发生多次新星现象,因为从它的伙伴恒星中窃取的物质会越来越多。

与此同时,M87 的银河喷流是由星系中心的黑洞驱动的,这是天文学家在 2019 年观测到的第一个黑洞。随着物质向后洞螺旋式推进,在其周围形成了一个吸积盘,强大的磁场将强烈的辐射向外输送,导致辐射以相对论速度被排出,向深空飞行了近5000光年。

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位于M87星云中心的黑洞,这张图一度是2019年的全球头条配图,也让视觉中国名声大噪。资料来源:EHT

关于喷流如何引发新星,有几种理论。一种简单的解释是,喷流的辐射加热了其路径上的供体恒星,增加了向其白矮星伙伴的质量转移,引发了热核失控。这种加热会让新星变得更加频繁。

不幸的是,这一理论的数学计算并不成立。尽管喷流的辐射很强大,但由于恒星太小,距离太远,它的影响并不大。我们或许可以排除这个答案:这种影响"数量级"太弱了。

另一种说法是喷流引发了恒星的形成:更多的恒星意味着更多的双星,也就意味着更多的新星。但这种解释也有问题。在这种情况下,我们会发现沿着星系的"反喷流",恒星的形成也会出现类似的增长,但这并没有得到证据的证实。因此,天文学家们又回到了原点。

天文学家们还在考虑其他一些想法,但尚未进行适当的测试。例如,也许喷流的冲击波在穿过银河系的过程中把气体和尘埃聚集在一起,形成了星际介质云。当这些云团中的一个到达双星系统时,就会增加物质吸积的速度,从而引发新星。同样,冲击波也可能加热恒星(比辐射本身更有效),提高质量转移率。后两种可能性目前还只是猜测:它们还没有被完全探索出来。因此,目前这仍然是一个谜。

用作者的话说,"M87喷流沿线新星发生率的提高现在已经确定,但还无法解释"。

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