【徘徊在超大質(zhì)量黑洞旁的白矮星】

白矮星——眾所周知，它是一顆中等大小恒星的死亡遺骸。我們的太陽死亡后就會(huì)變成一顆白矮星。

白矮星即不會(huì)像恒星那樣發(fā)出大量的光和熱，也不會(huì)像超新星一樣爆發(fā)出讓整個(gè)星系都黯然失色的光芒。所以很長一段時(shí)間，白矮星一直不被天文學(xué)家們所重視。

但新的研究證明，白矮星是我們宇宙的驅(qū)動(dòng)力之一，它是宇宙中的“千面佳人”。

2018年12月，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了奇怪耀斑。它來自距離地球2.5億光年的星系GSN 069。

星系GSN 069的中心有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的50萬倍。這是一個(gè)巨大的黑洞，它以非常非常穩(wěn)定的速度發(fā)射著X射線，每9小時(shí)發(fā)射一次。

這樣的行為讓科學(xué)家們感覺非常困惑。

耀斑的能量非常巨大，規(guī)律非常之多，超大質(zhì)量的黑洞必定每天三次吞噬了水星質(zhì)量的物質(zhì)。

所以，現(xiàn)在最大的問題是，是什么哺育了黑洞如此豐盛的晚餐？

2020年3月，科學(xué)家們找到了答案，一顆不幸的恒星在其生命的盡頭徘徊在黑洞的死亡地帶。

一顆恒星離超大質(zhì)量黑洞太近，就像一個(gè)光滑的甜甜圈離饑餓的人太近一樣。

恒星離黑洞太近，就會(huì)被撕裂。它們受到了黑洞的攻擊，其中一些物質(zhì)以非常強(qiáng)大的風(fēng)和噴射流被發(fā)射出去。

不知為何，這顆恒星在與超大質(zhì)量黑洞的近距離接觸中幸存了下來。進(jìn)一步的研究表明它是一顆小型致密恒星——白矮星。

超大質(zhì)量黑洞附近的白矮星

那么是什么讓這顆小恒星堅(jiān)不可摧呢？答案在于它是如何形成的。如果我們觀察一顆恒星的生命周期，我們就能得到線索。

恒星將氫燃燒成氦，導(dǎo)致核聚變，從而使恒星保持穩(wěn)定。在核聚變產(chǎn)生的輻射壓力向外推和引力壓力向內(nèi)拉之間存在著微妙的平衡。

但當(dāng)像我們的太陽這樣的恒星接近生命末期時(shí)，它們會(huì)耗盡氫燃料。這顆類太陽的恒星會(huì)產(chǎn)生越來越多的氦，氦在其中心聚集，逐漸地，恒星外層的巨大重量壓碎了氦核。

隨著核心年齡的增長，它變得越來越小，越來越熱，這就增加了核反應(yīng)的速度。這些核聚變反應(yīng)產(chǎn)生了更多的能量將外層或包膜向外推。因?yàn)橛懈嗟哪芰客ㄟ^外層，外層就會(huì)膨脹，這顆恒星就會(huì)膨脹到原來大小的100倍左右。

黃色的恒星變成了紅巨星，最終，紅巨星脫離了它們的外層，形成了令人驚嘆的氣體殼，稱為行星狀星云。行星狀星云是太空中最美麗的天體，他們都很壯觀。

一顆恒星在這些行星狀星云中結(jié)束其生命后，就會(huì)在中心留下一顆白矮星。這顆白矮星本質(zhì)上是一顆煤渣，一顆恒星的煤渣。它是核聚變后的產(chǎn)物，對(duì)于那顆特定的恒星來說不再可能發(fā)生核聚變。剩下的，是一顆發(fā)光的白矮星。

但在GSN 069星系中，超大質(zhì)量黑洞加速了這一過程。它在幾天內(nèi)就剝離了紅巨星的外層。黑洞幾乎吃掉了恒星所有多汁的部分，即那些所有容易得到的部分，只留下骨頭——白矮星的殘余物。

這顆白矮星的質(zhì)量只有太陽的1/5，這么小的一顆恒星是如何在離黑洞這么近的地方存活下來的呢？

也許你會(huì)認(rèn)為，因?yàn)榘装呛苄?，它不?huì)持續(xù)很長時(shí)間。但事實(shí)恰恰相反，這個(gè)口袋大小的白矮星充滿了物質(zhì)，如果它是一顆普通的恒星，它早就被粉碎了。但因?yàn)樗且粋€(gè)非常致密、緊密的球體，所以它存活了下來。

想象一下把太陽壓成地球那么大，質(zhì)量相同，但現(xiàn)在更緊密了，所以一個(gè)籃球的重量，相當(dāng)于35只藍(lán)鯨。

白矮星的極端密度保護(hù)它不受超大質(zhì)量黑洞引力的沖擊，它的軌道每9小時(shí)就帶它靠近黑洞，每次遇到黑洞，它的一些物質(zhì)就會(huì)被吸走。

它們在玩星際間的拔河游戲。黑洞更大，所以它會(huì)贏，但白矮星密度很大，所以非常堅(jiān)硬，能夠在那里堅(jiān)持很長一段時(shí)間。它會(huì)在超大質(zhì)量黑洞周圍的軌道上停留數(shù)十億年。

這是一個(gè)非常勵(lì)志的故事。

【為什么會(huì)存在白矮星】

天文學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)白矮星時(shí)，天文學(xué)家們的第一反應(yīng)就是：不，不，不，那不可能是真的！他們認(rèn)為白矮星不應(yīng)該存在。

物體的密度如此之大，怎么可能在自身的重量下不坍塌呢？但事實(shí)上，的確存在白矮星這樣星球。所以有一段時(shí)間，科學(xué)家們一直沒明白白矮星是如何存在的。

量子力學(xué)，研究原子和亞原子粒子的科學(xué)，是它幫助科學(xué)家找到了答案。

天文學(xué)家們習(xí)慣了宏觀世界的物理規(guī)則，但當(dāng)縮小到亞原子世界時(shí)，事情就變得奇怪了。

在這里科學(xué)家們看到了電子，宇宙中最小的粒子之一。正是這些小電子支撐著整個(gè)恒星。

電子真的不喜歡被擠在一個(gè)小空間里，如果你把太多的粒子擠進(jìn)一個(gè)很小的空間，它們就會(huì)很用力地往后推。這就是一種叫簡并壓力的效應(yīng)。

這些簡并的電子阻止了白矮星的坍縮，并賦予了這些恒星奇怪的特性。

白矮星的行為，與普通恒星非常不同。

以行星和恒星為例，當(dāng)它們的質(zhì)量增加時(shí)，它們就會(huì)變大。然而，白矮星正好相反。隨著質(zhì)量的增加，它們會(huì)變小，白矮星質(zhì)量越大，電子擠壓得越緊，恒星就會(huì)變得越小、密度越大。

高密度意味著白矮星的結(jié)構(gòu)也很奇怪，它的大氣層極其稀爆，由氫氣組成，偶爾也有氦氣。

如果你把地球上的摩天大樓放在白矮星上，你爬到摩天大樓的頂端，實(shí)際上你已經(jīng)在太空中了。

在稀薄的大氣層之下有一個(gè)約48公里厚的高密度氦表面，它的內(nèi)部由過熱的液態(tài)碳和氧組成。

一顆白矮星的表面溫度可以達(dá)到50萬度，內(nèi)部溫度更高，所以白矮星需要經(jīng)過數(shù)十億年的時(shí)間，中心才會(huì)冷卻成固體。

白矮星內(nèi)部結(jié)構(gòu)

隨著碳原子和氧原子冷卻下來，它們形成了晶體。鉆石實(shí)際上就是碳晶體，所以在這些冷卻的白矮星中心可能是一顆地球大小的鉆石。

白矮星逐漸釋放出它們剩余的能量直到形成一個(gè)冰冷的、死氣沉沉的物質(zhì)球即黑矮星。

但科學(xué)家們從來沒有見過所謂的黑矮星，原因很簡單這需要很長一段時(shí)間，達(dá)到數(shù)百億年的時(shí)間，比宇宙的年齡還長。

這是大多數(shù)中等大小恒星的黑暗命運(yùn)，包括我們的太陽。

這種漫長而緩慢的死亡可能會(huì)讓白矮星看起來很普通，但這些小恒星卻可以回答關(guān)于我們宇宙的一些重大問題。

【白矮星周圍是否有行星生存？】

關(guān)于白矮星新的研究，有一個(gè)最大的問題就是——生命能在恒星死亡后繼續(xù)存在嗎？

在過去，科學(xué)家們低估了白矮星，但現(xiàn)在它們在天文學(xué)家中引起了轟動(dòng)。過去十年來的一個(gè)重大問題是一顆行星能否在白矮星周圍生存？

邏輯上的答案是否定的，在它們變成白矮星的過程中，恒星會(huì)經(jīng)歷一個(gè)紅巨星階段。它們會(huì)變得非常巨大，所以科學(xué)家們認(rèn)為這些恒星周圍的任何行星都可能被吃掉。

2019年12月，來自巨蟹座的證據(jù)卻推翻了這個(gè)想法。天文學(xué)家在距離地球約1500光年的地方發(fā)現(xiàn)了一顆長相奇特的白矮星。這顆恒星發(fā)出的細(xì)微變化的光，揭示了一個(gè)謎——氧元素和硫元素的數(shù)量是之前白矮星表面上從未見過的。

我們知道白矮星的化學(xué)特征是什么就像一加一等于二一樣。正常情況下，白矮星的外層由氫和氦組成，氧和硫比氫和氦重，它們應(yīng)該下沉了。但現(xiàn)在我們還能看到它們，所以它們肯定是最近才到那里的。

天文學(xué)家們利用位于智利的ESO超大望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)行了近距離觀察。他們發(fā)現(xiàn)了一顆地球大小的小白矮星，周圍環(huán)繞著一個(gè)大約10倍于太陽寬度的巨大氣體盤。圓盤里含有氫、氧和硫。

像這樣的系統(tǒng)以前從未見過，所以下一步就是查看這些元素的特性，并找出我們在哪里見過類似的東西。

令人驚奇的是，科學(xué)家們找到了！在太陽系的冰巨星天王星和海王星的深層看到了這些元素。

在這個(gè)氣體環(huán)中隱藏著一顆巨大的類似海王星的冰凍行星。它是恒星的兩倍大，但來自白矮星的5萬度高溫正在慢慢蒸發(fā)這顆繞軌道運(yùn)行的行星。

白矮星正在慢慢蒸發(fā)繞軌道運(yùn)行的行星

白矮星正在用高能輻射、X射線和紫外線轟擊星球。它粉碎了大氣層中的冰分子并將它們吹向太空，這些冰分子就像彗星的尾巴一樣在行星后面流動(dòng)。這顆冰雪星球的質(zhì)量以每秒超過50萬噸的速度流失，這相當(dāng)于每分鐘300艘航空母艦。

這聽起來像是星球的末日，但要記住行星很大，而恒星在冷卻。當(dāng)它冷卻的時(shí)候，它會(huì)停止猛烈地轟擊星球，氣體流也會(huì)停止。這顆行星最終可能只會(huì)損失其總質(zhì)量的幾個(gè)百分點(diǎn)。所以這顆行星應(yīng)該會(huì)繼續(xù)圍繞這顆白矮星運(yùn)行。

但仍有一個(gè)謎，為什么當(dāng)恒星膨脹成一顆紅巨星時(shí)，這顆近距離運(yùn)行的行星沒有死亡？

它一定是從更遠(yuǎn)的地方開始向內(nèi)移動(dòng)到這個(gè)地方的。

科學(xué)家們猜測，在某種宇宙游戲中，紅巨星階段之后的某個(gè)時(shí)候，某個(gè)冰巨星可能潛伏在系統(tǒng)的外部區(qū)域的某個(gè)地方。隨著紅巨星變成白矮星，這個(gè)行星開始向內(nèi)撞向白矮星。

另外，這并不是唯一一顆有行星存在的白矮星。在距離地球570光年的地方，有一顆白矮星叫做WD 1145+017。在對(duì)這顆恒星進(jìn)行了5年的研究后，研究人員報(bào)告說，這顆白矮星正在撕裂并吞噬一顆小型巖態(tài)行星。

當(dāng)行星被撕裂時(shí)，科學(xué)家們看到巨大的塵埃云擋住了恒星50%的光線。巨大的巖石塊從恒星前面經(jīng)過。

白矮星WD 1145+017想象圖

看到這個(gè)星球被撕裂是令科學(xué)家們興奮，不是因?yàn)樗麄冃覟?zāi)樂禍，而是很少看到這樣的事件。

科學(xué)家們可以在這個(gè)過程中看到一些可以觀察和學(xué)習(xí)的東西。越來越多的證據(jù)表明行星系在恒星死亡和白矮星形成后仍能存活，這取決于行星的組成和位置。

行星到恒星的距離是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)楫?dāng)你離恒星越遠(yuǎn)太陽輻射的強(qiáng)度就會(huì)減弱。所以你走得越遠(yuǎn)，熱量就越少到達(dá)行星表面的高能粒子就越少。

此外，巖態(tài)行星比氣態(tài)巨行星更容易生存，因?yàn)閹r態(tài)行星能夠更好地留住物質(zhì)。而氣體則更容易被吹走。

這些新發(fā)現(xiàn)提出了關(guān)于恒星周圍可居住性的問題。白矮星系統(tǒng)能支持生命嗎？

如果我們把自己局限在尋找像太陽這樣圍繞恒星運(yùn)行的行星上的生命，那么我們很可能會(huì)失去很多找到適宜生命生存地方的機(jī)會(huì)。

更重要的是，在任何恒星周圍尋找宜居帶，而且白矮星有一些令人驚訝的優(yōu)勢。即使沒有核聚變發(fā)生它們內(nèi)部也儲(chǔ)存了能量，這些能量釋放出來能使附近的行星變暖。

生命甚至可能更喜歡，在白矮星周圍活動(dòng)，因?yàn)樵跀?shù)十億年的時(shí)間里，白矮星不會(huì)有太大的變化。而我們的太陽，會(huì)有耀斑和日冕物質(zhì)拋射，最終它會(huì)消亡。

所以，如果生命能有一個(gè)立足點(diǎn)，它就有一個(gè)美好、穩(wěn)定的家。科學(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為有25%到50%的白矮星都有行星系。

也許有一天，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有類地行星，甚至可能有生命. 但并不是所有這些堅(jiān)強(qiáng)的小恒星都是好主人，白矮星具有易變的性質(zhì)。

【不要以為小個(gè)子白矮星沒有脾氣】

白矮星是像太陽這樣的恒星死亡后的殘骸，這些僵尸恒星大多在數(shù)十億年的時(shí)間里慢慢冷卻。

大部分白矮星是這樣，但不是全部！有些白矮星會(huì)在 1a型超新星的壯觀爆炸中消失。

也許讀者會(huì)有些奇怪，白矮星怎么會(huì)變成“超新星”呢？要知道，超新星向來是巨大恒星的專利。

然而宇宙就是這樣的奇妙！很多讓人想到的事情都會(huì)發(fā)生。

1a型超新星是宇宙中最猛烈、最強(qiáng)大最具能量的事件之一。它同樣可以讓整個(gè)星系都黯然失色。它們能造成數(shù)百光年范圍內(nèi)的破壞，它們絕對(duì)的是大事件。

60多年來，科學(xué)家們看到了一些宇宙煙火的余波，然而科學(xué)家們幾乎沒有直接證據(jù)表明它們來自白矮星。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院的學(xué)生很幸運(yùn)，在拍攝常規(guī)照片時(shí)，他們在我們所在的宇宙附近發(fā)現(xiàn)了一場超新星爆炸。

M82，雪茄星系，在宇宙尺度上非常接近我們，它離我們只有1200萬光年。相對(duì)于一百多億光年的宇宙，這個(gè)距離的確是“非常近”了。這使得它成為天空中距離我們最近的星系之一。

這顆被稱為 2014J 超新星的爆炸是20多年來距離最近的 1a型超新星。它的近距離得以讓科學(xué)家們尋找白矮星超新星的特征——一種伽馬射線的爆發(fā)。

M82雪茄星系中的1a型超新星

伽馬射線是一種能量極高的光，它們是電磁波譜中能量最高的一種射線，或者說是光子。

白矮星爆炸時(shí)，應(yīng)該會(huì)釋放伽馬射線，但星際空間中的塵埃會(huì)吸收這些射線。所以除非附近發(fā)生爆炸，否則很難探測到它們。

多年來，天文學(xué)家一直在尋找1a型超新星發(fā)出的伽馬射線，但沒有人發(fā)現(xiàn)它們。現(xiàn)在，科學(xué)家們有了機(jī)會(huì)和技術(shù)來觀察這種難以捉摸的射線。

利用ISA的集成衛(wèi)星，他們篩選了 M82 爆炸發(fā)出的沖擊波。這很艱困難，但最終，他們得到了一個(gè)讀數(shù)：伽馬射線的信號(hào)。

這是白矮星在 1a型超新星中爆炸的最好證據(jù)。超新星2014J如此酷的原因是，就是它的觀測給了科學(xué)家們證據(jù)。

是白矮星爆炸產(chǎn)生了這種特定類型的超新星，那么，哪些白矮星會(huì)逐漸消失，哪些會(huì)隨著一次爆炸而消失？

一項(xiàng)對(duì)恒星的調(diào)查顯示，大約30%的白矮星生活在雙星系統(tǒng)中。但白矮星并不是很好的鄰居。

雙星系統(tǒng)中的白矮星就像一個(gè)僵尸，這是一顆曾經(jīng)活著的恒星的尸體。但現(xiàn)在它正在吞噬一顆還活著的恒星的物質(zhì)。

它們通過吞噬恒星的所有外層將物質(zhì)和生命從恒星中吸走。隨著不斷把伴星的質(zhì)量增加上去，每次增加一點(diǎn)氫形成大氣層。在很長一段時(shí)間里，一切都很好。直到增加了太多的質(zhì)量，一旦達(dá)到了臨界閾值，然后就會(huì)“黎叔很生氣，后果很嚴(yán)重”。

結(jié)果將是毀滅性的，從伴星竊取的額外氣體重量擠壓了白矮星核心深處的碳。當(dāng)白矮星的質(zhì)量達(dá)到太陽的1.4倍時(shí)，它將達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，即錢德拉塞卡極限。然后就是在華麗的閃光中，形成了超新星。

瞬間，碳發(fā)生核聚變，釋放出巨大的能量。

1a型超新星爆炸原理

如果白矮星在錢德拉塞卡極限中爆炸，就會(huì)像煙火一樣，所有的火藥量都是一樣的。它們會(huì)以同樣的方式，爆發(fā)出同樣的響聲。

好吧，這樣的超新星也同樣明亮，所有1a型超新星的亮度都是相同的。這對(duì)科學(xué)家們理解空間至關(guān)重要。所以1a型超新星又被稱為標(biāo)準(zhǔn)燭光。是快速計(jì)算宇宙距離的有用工具。

但是哪種伴星會(huì)觸發(fā)1a型超新星呢？

【標(biāo)準(zhǔn)蠟燭的地位岌岌可?！?/strong>

幾十年來，紅巨星一直是頭號(hào)嫌疑犯，因?yàn)樗且活w非常大、非常膨脹的恒星。這種恒星的物質(zhì)很容易被白矮星吸走物質(zhì)，直到它變得足夠大而爆炸。

為了證明這個(gè)理論，科學(xué)家們需要在超新星爆炸后留下的殘骸中找到證據(jù)。恒星是非常堅(jiān)強(qiáng)的天體，它們可以在附近恒星的爆炸中存活下來。

一些伴星應(yīng)該還在那里，它們中的很多，會(huì)磨損得很厲害。但他們?nèi)匀粫?huì)存在，科學(xué)家們搜尋著70顆1a型超新星的殘骸。但只有一個(gè)爆炸區(qū)域，包含了紅巨星的發(fā)光殘骸。

也就是說，科學(xué)家們只發(fā)現(xiàn)了這一個(gè)例子。這表明它們實(shí)際上并不是科學(xué)家們想象中的“連環(huán)殺手”。

它很可能是這類超新星爆炸中的少數(shù)。事實(shí)上，科學(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為，在這些白矮星超新星中，只有一小部分與紅巨星有關(guān)。

盡管在幾十年來的標(biāo)準(zhǔn)教科書中，紅巨星是最受歡迎的解釋?？磥碛中枰膶懡炭茣?。

如果紅巨星不是1a型超新星的主要成因，那么是什么呢？

新的證據(jù)表明，白矮星碰撞，即恒星合并可能會(huì)超過錢德拉塞卡極限，產(chǎn)生不同亮度的爆炸。

但如果爆炸的亮度不同，它們還能作為標(biāo)準(zhǔn)蠟燭使用嗎？

如果真的不知道 1a型超新星是什么，那么當(dāng)科學(xué)家們用它們來描繪宇宙和宇宙膨脹的方式時(shí)，就不能再確定我們看到的是什么。

如果在這一點(diǎn)上錯(cuò)了，那么在其他很多事情上也錯(cuò)了。我們的整個(gè)宇宙模型就會(huì)崩潰，我們對(duì)宇宙的理解是完全錯(cuò)誤的嗎？

科學(xué)家們認(rèn)為宇宙的膨脹速度正在加速的原因是基于1a型超新星的亮度都是一樣的，但也許事實(shí)并非如此。

所以大多數(shù)1a型爆炸仍然是一個(gè)謎?？茖W(xué)家們稱白矮星的爆炸為標(biāo)準(zhǔn)燭光，但實(shí)際上它們并不是標(biāo)準(zhǔn)燭光?？茖W(xué)家們認(rèn)為有不同類型的爆炸。

研究人員懷疑，理論上的合并可能會(huì)導(dǎo)致更多的1a型超新星的爆發(fā)。它是兩顆白矮星相撞的結(jié)果，但這擾亂了距離的計(jì)算。

錢德拉塞卡極限認(rèn)為，白矮星的質(zhì)量達(dá)到太陽的1.4倍時(shí)就會(huì)爆炸，兩顆白矮星的碰撞可以超過這個(gè)質(zhì)量。更多的質(zhì)量意味著更大的爆炸，和更明亮的爆炸。

這不是一點(diǎn)一點(diǎn)地增加氣體，而是增加了另一個(gè)一整顆的白矮星……然后爆炸。

它看起來像1a型超新星，但不是標(biāo)準(zhǔn)的燭光。

它會(huì)比科學(xué)家們預(yù)期的要亮，但是白矮星合并還沒有被發(fā)現(xiàn)。因?yàn)樵谒l(fā)生之后再去尋找它幾乎是不可能的。

如果兩顆白矮星合并在一起，幾乎是不可能分辨出來的。因?yàn)檫@兩個(gè)系統(tǒng)的“DNA”都混在一起了，而且都是一樣的。

所以我們不能只看閃光的時(shí)候，而是要到銀河系中去尋找滴答作響的定時(shí)炸彈。

天文學(xué)家在研究一種形狀奇特的氣體云時(shí)取得了突破。利用ESO的超大望遠(yuǎn)鏡，他們聚焦于一個(gè)名為Henize 2-428的行星狀星云。

Henize 2-428行星狀星云

行星狀星云通常是對(duì)稱的，因?yàn)榧t巨星在變成白矮星時(shí)，會(huì)均勻地剝離其外層。

但這個(gè)是不均勻的，科學(xué)家們認(rèn)為，在這種情況下，可能存在一顆伴星在塑造、扭曲和雕刻這個(gè)行星狀星云。

研究人員揭開了這些氣體層，發(fā)現(xiàn)了一些令人震驚的東西：一個(gè)由迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的一對(duì)白矮星軌道組成的雙星系統(tǒng)。

每顆恒星的質(zhì)量都是太陽的90%，而且它們離得很近，它們圍繞彼此運(yùn)行只需4小時(shí)。它們越來越接近了。

科學(xué)家們知道災(zāi)難就要來了，在大約7億年后，這些恒星將合并然后爆炸成1a型超新星。

現(xiàn)在，由于更多像Henize 2-428這樣的星系的發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家們認(rèn)為白矮星碰撞可能是造成大多數(shù)1a型超新星的原因。

兩顆白矮星碰撞形成的1a型超新星

【亞錢德拉 1as 型超新星】

科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)觀測到了9次超級(jí)錢德拉爆炸。更復(fù)雜的是科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了另一種白矮星形成的超新星——亞錢德拉 1as 型超新星。

這些科學(xué)家們不太了解的神秘白矮星，比普通的白矮星超新星消亡得快得多。

這種爆炸不像普通的1a 型超新星那么劇烈，而且消失得更快，但科學(xué)家們不知道為什么。也許這與恒星的性質(zhì)或旋轉(zhuǎn)有關(guān)，但也可能錢德拉塞卡極限不是那么精確，有點(diǎn)像錢德拉塞卡范圍。

物理教科書現(xiàn)在要重寫了，或者至少得修改，因?yàn)榭茖W(xué)家們已經(jīng)知道不是所有的1a型超新星都來自錢德拉質(zhì)量的白矮星。

實(shí)際上有很多1a 型超新星，各種各樣的白矮星質(zhì)量和結(jié)構(gòu)都可以爆炸。這些新發(fā)現(xiàn)意味著研究人員現(xiàn)在要研究1a型超新星的化學(xué)成分和持續(xù)時(shí)間，而不僅僅是它們的亮度。

隨著科學(xué)家們研究得越深，揭開的謎團(tuán)就越多。比如游蕩在銀河系中的白矮星，以及不斷爆炸的小恒星。這些奇怪的白矮星能更多地揭示1a型超新星的奧秘嗎？

現(xiàn)在的白矮星出奇地難以理解。它們的行為方式完全出乎意料，但這些怪胎可能有助于回答有關(guān)1a型超新星的剩余問題。

它們是白矮星，但不是科學(xué)家們所知的那樣的白矮星。

【1ax 型超新星】

2017年，天文學(xué)家在小熊座發(fā)現(xiàn)了一顆從地獄中來的叛逆恒星。它就像一個(gè)僵尸，但又不是一個(gè)蹣跚前行的僵尸，它跑起來像恒星中的“尤塞恩·博爾特”。

這顆恒星在銀河系中呼嘯而過，其速度比你想象的同類恒星要快得多。這顆名為LP 40-365的白矮星，正以令人難以置信的速度向銀河系邊緣移動(dòng)。

它不是唯一一顆行為怪誕的恒星，2019年天文學(xué)們又發(fā)現(xiàn)了三顆在銀河系中奔跑的白矮星。

發(fā)現(xiàn)一顆白矮星在太空中爆炸，已經(jīng)夠奇怪的了。但是又找到三個(gè)，這就告訴了科學(xué)家們，這是經(jīng)常發(fā)生的事。

那么是什么讓這些叛逆者穿越銀河系呢？

LP 40-365和其他這些奇怪的白矮星可能是失敗的超新星的結(jié)果?？茖W(xué)家們推測也許這些東西并沒有爆炸。如果是這樣，我們應(yīng)該會(huì)發(fā)現(xiàn)銀河系中徘徊著一些未被點(diǎn)燃的白矮星。

在過去的20年里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些異常暗淡的超新星，可能就是它們讓LP 40-365和它的朋友飛起來。

所以看起來發(fā)生的事情是這樣的：在一對(duì)雙星中，有一些物質(zhì)傾倒到一顆白矮星上，然后就會(huì)有一顆1a型超新星。但1a型超新星并不是對(duì)稱的，有些地方真的發(fā)生爆炸了，但有些并沒有。能量并沒有向四面八方發(fā)散，于是就會(huì)發(fā)生一件事情，就是這些恒星以驚人的速度被拋向太空。

科學(xué)家們稱這樣的超新星為 1ax 型超新星。它們可能占1a型超新星的10%到30%。

很多時(shí)候可能會(huì)拋棄一個(gè)失控的恒星，但科學(xué)家們?nèi)匀徊恢莱滦鞘〉脑颉?/p>

科學(xué)的一個(gè)有趣之處是，即使失敗了，你也能從中學(xué)到將要發(fā)生的事情。

為什么有這些不同呢？它們還不夠大嗎？它們在什么地方超重了？是否是伴星沒有以正確的方式為它們提供物質(zhì)？

那里發(fā)生了一些事情使這些恒星不會(huì)把自己炸成碎片，這告訴了科學(xué)家們 1as 型的某種爆炸的方式。

對(duì)于白矮星來說，雙星系統(tǒng)中的生活似乎很不平等。但對(duì)于一些幸運(yùn)的恒星來說，它們的生命可能更美好。

僅僅因?yàn)榘装怯幸粋€(gè)正常的伴星，并從它那里竊取物質(zhì)，但并不意味著白矮星的死亡。

【新星系統(tǒng)】

2013年2月，天文學(xué)家在仙女座星系中發(fā)現(xiàn)了一顆不斷閃爍的恒星。每一次耀斑它的亮度都是太陽的一百萬倍，然后才會(huì)變暗到正常狀態(tài)。

它被稱為M31N 2018-12a，這不是超新星，而是它的兄弟——新星。

但奇怪的是，這種情況每年都會(huì)發(fā)生。

天文學(xué)家很久以前就知道，有這些新星的存在。有一些規(guī)律，每10年或每100年。但每年都能發(fā)現(xiàn)一次爆炸的是一個(gè)了不起的發(fā)現(xiàn)。

就像超新星一樣，新星發(fā)生在一個(gè)接近的雙星系統(tǒng)中，其中一顆白矮星和另一顆恒星相互圍繞著對(duì)方運(yùn)行。

白矮星從伴星中吸收氫，氣體落到它的表面，所以當(dāng)氫堆積起來，最終，它達(dá)到了氫可以熔合成氦并爆炸的程度，于是就爆炸了。

不斷爆炸的新星

但超新星中核聚變在恒星的核心深處發(fā)生，但在新星中，核聚變只發(fā)生在表面。一場爆炸劃過白矮星的表面，將未燃盡的氫拋向太空。結(jié)果形成了一個(gè)叫做殘骸的天體。

新星M31N的殘骸有400光年寬，這個(gè)特殊的殘骸甚至比超新星殘骸還要大。它比大多數(shù)正常的殘骸更大、更密、更亮。

如果恒星如此頻繁地發(fā)光，這就說得通了。想想那顆閃耀了數(shù)百萬年的恒星，建造了一個(gè)巨大的新星遺跡。重復(fù)的耀斑解釋了殘骸的巨大尺寸。

但為什么新星會(huì)如此頻繁地爆炸呢？

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)一顆新星在白矮星表面爆炸時(shí)，白矮星的質(zhì)量不會(huì)有太大的變化。或者有可能它變小了。

現(xiàn)在科學(xué)家們認(rèn)為在新星形成后，白矮星的質(zhì)量增加了一些。像M31N這樣反復(fù)出現(xiàn)的新星，從伴星上偷走的質(zhì)量，比它們在每次爆炸中釋放出來的質(zhì)量還要多。

一些恒星的質(zhì)量越來越大，爆炸頻率越來越高，直到它們達(dá)到錢德拉塞卡極限，成為一顆全面爆發(fā)的超新星。

M31N很可能是向我們展示一些新星系統(tǒng)最終會(huì)變成超新星系統(tǒng)的缺失環(huán)節(jié)。

弄清新星是如何變成超新星的，以及為什么一些超新星會(huì)失敗，可能會(huì)幫助科學(xué)家們理解白矮星爆炸的原因。

M31N的殘骸

【會(huì)變成磁星的白矮星】

但就在科學(xué)家們以為有機(jī)會(huì)了的時(shí)候，白矮星又給科學(xué)家們帶來了另一顆重磅信息——死亡射線。

白矮星可以在猛烈的超新星中爆炸，但這不是它們唯一的致命伎倆。他們還可能創(chuàng)造出宇宙中最具磁性和最可怕的野獸——磁星。

磁星很可怕，從名字里就可知，磁星這個(gè)詞聽起來很可怕。它們是宇宙中最大磁場的衛(wèi)冕冠軍。

磁星周圍的磁場非常強(qiáng)，可以拉伸和扭曲單個(gè)原子。它們能把原子變成又長又細(xì)的鉛筆形狀。此時(shí)的原子就不能再以通常的方式結(jié)合在一起了，所以如果你有這樣的原子，那么你可以扔掉世界上所有的化學(xué)教科書了。

如果一個(gè)宇航員不幸地靠近了一顆磁星，比方說，在六七百英里之內(nèi)，這個(gè)宇航員整個(gè)身體都會(huì)被完全毀滅，甚至或多或少會(huì)溶解。

這些可怕怪物的起源是個(gè)謎，但一定是某種非常猛烈的東西。

科學(xué)家們認(rèn)為它們在形成時(shí)會(huì)發(fā)生某個(gè)跡象，即穿過宇宙的強(qiáng)大的能量爆炸。

在過去的幾十年里，科學(xué)家們注意到一些非常奇怪、非?；靵y、非常短暫的強(qiáng)烈電波能量的閃光。

它們被稱為快速電波爆發(fā)，簡稱FRBs。有些快速電波爆發(fā)不會(huì)重復(fù)，爆發(fā)一次就結(jié)束。

所以這里所說的是在不到一秒的時(shí)間里釋放出難以置信的能量，然后就結(jié)束了。

因?yàn)檫@些不重復(fù)的快速電波爆發(fā)非常強(qiáng)大，科學(xué)家們認(rèn)為它們可能來自一次巨大的碰撞。

碰撞的物體越重、密度越大，爆炸就越大。

新的研究表明，一顆白矮星撞擊一顆高密度大質(zhì)量的中子星可能足以產(chǎn)生一顆磁星，并在這個(gè)過程中發(fā)射出快速電波爆發(fā)。

中子星就像是更厲害那種白矮星——是一顆巨恒星剩余的內(nèi)核。它們實(shí)際上是巨大的中子球。所有物質(zhì)擠在一起，形成一個(gè)城市大小的物體。

中子星——令人難以置信的復(fù)雜的奇異天體，加上一顆白矮星——令人難以置信的、丑陋的、復(fù)雜的天體，它們迎頭相撞。

隨著兩顆恒星的軌道越來越近，中子星會(huì)從白矮星上剝離氣體，這種物質(zhì)在中子星上盤旋，使中子星旋轉(zhuǎn)得越來越快?？焖俚男D(zhuǎn)放大了它的磁場，直到兩顆恒星相撞，形成一個(gè)磁性更強(qiáng)的怪物——磁星。

白矮星與中子星合并成磁星

這是一個(gè)動(dòng)蕩的局面，你可以把它想象成一個(gè)剛出生的嬰兒，在又踢又叫。亂流產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射沖擊波，它以光速?zèng)_出碰撞地點(diǎn)，直到地球上的科學(xué)家們檢測到一個(gè)快速的射電暴。

我們可以聽到數(shù)百萬光年外痛苦的尖叫聲。那些尖叫聲是快速的電波脈沖，這可能是宇宙中最困難的“分娩”。

以前科學(xué)家們很少有人懷疑白矮星能產(chǎn)生像磁星那樣劇烈的物體。現(xiàn)在白矮星正從陰影中走了出來，作為宇宙中最迷人的物體之一，獲得天文學(xué)中它們應(yīng)有的位置。

當(dāng)科學(xué)家們第一次觀察白矮星時(shí)，它們很奇怪，是好奇的萌寶，但這只是個(gè)小插曲?，F(xiàn)在白矮星向我們展示了它們真正的實(shí)力。

白矮星在某種程度上可以被看作是宇宙中的弱者，而現(xiàn)在它們向我們展現(xiàn)了不為人知的另一面。它們不再是那個(gè)不起眼的小家伙，它們會(huì)以不同的驚人的爆炸來向我們宣誓它們驚人的存在。它們是宇宙中的“千面佳人”。