「定時炸彈」一旦吸積停止,白矮星將逐漸減速最終演變爲超新星

在好萊塢大片《生死時速》中,犯罪分子在一輛巴士上安裝了一枚特殊炸彈,如果車速減至50英里/小時就會自動爆炸。科學家一項研究顯示,宇宙中一些高速旋轉的衰老恆星,當它們減速時就會演變成超新星爆炸。目前可能銀河系內潛藏著數千顆這樣的“定時炸彈”。

“定時炸彈”一旦吸積停止,白矮星將逐漸減速最終演變為超新星

超新星爆炸藝術圖

雖然迄今我們並未在銀河系內發現任何一顆‘定時炸彈’,但是這項研究表明之前我們的探索方法是錯誤的,目前通過該研究提供了搜尋超新星前體的新方法。

這種特殊的恆星爆炸叫做Ia型超新星,該現象通常出現於衰老、結構緊密的白矮星。

白矮星是停止核聚變的恆星殘骸,其質量可達到太陽的1.4倍,這一數值也被稱為“錢德拉塞卡極限”。一些較強引力作用崩潰白矮星支撐作用力,壓縮白矮星並點燃核聚變,從而導致這顆恆星爆炸分解。

“定時炸彈”一旦吸積停止,白矮星將逐漸減速最終演變為超新星

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白矮星超越“錢德拉塞卡極限”質量出現Ia型超新星爆炸的途徑有兩種:從施主性恆星(donorstar)獲得吸積氣體,或者兩顆白矮星發生碰撞。此前多數天文學家更傾向於第一種方式,如果第一種方式是正確的,那麼我們應當看到一些跡象,但在多數Ia型超新星爆炸中卻並未發現。例如:我們應當探測到恆星爆炸附近存在少量氫氣和氦氣,但是我們卻並未探測到。

在白矮星演變超新星爆炸過程中,並未發現從施主性恆星獲得的吸積氣體,或者超新星爆炸過程出現這顆伴星分離現象。同時,天文學家在超新星衰減從視線中消失的過程中也並未發現施主性恆星。

“定時炸彈”一旦吸積停止,白矮星將逐漸減速最終演變為超新星

白矮星旋轉可以解釋這一謎團。自旋加快和自旋減慢過程可在吸積和爆炸時間之中產生一個較長的延遲,當一顆白矮星獲得質量,它將獲得角動量(angularmomentum),從而加速其旋轉。如果這顆白矮星旋轉過快,當它超越1.4倍太陽質量的界線,將變成一顆超級錢德拉塞卡極限質量恆星。

一旦吸積作用停止,白矮星將逐漸減速,最終自旋不足以抵抗自身重力,演變成為Ia型超新星。白矮星自旋加快和自旋減慢對於超新星演變具有重要作用。因此天文學家必須認真考慮到角動量對於白矮星吸積演變過程的影響,儘管這是一項非常難懂的科學。

“定時炸彈”一旦吸積停止,白矮星將逐漸減速最終演變為超新星

自旋減慢過程在白矮星吸積結束和演變超新星爆炸之間產生10億年延遲時間,這將使伴星逐漸老化並進化成為第二顆白矮星,同時任何環繞周圍的物質將消散。

在銀河系,科學家評估每隔千年將出現3顆Ia型超新星,如果一顆典型的超級錢德拉塞卡極限質量恆星需要數百萬年時間自旋減慢並爆炸,那麼在距離地球數千光年的太空中將存在著數十個超新星前體系統。

“定時炸彈”一旦吸積停止,白矮星將逐漸減速最終演變為超新星

這些超新星前體很難被探測到,然而未來全景式巡天望遠鏡和快速反應系統(Pan-STARRS)大型巡天望遠鏡(LargeSynopticSurveyTelescope)進行的太空廣域勘測將有望發現這些超新星前體。

我們目前在銀河系內尚未發現任何超級錢德拉塞卡極限質量恆星,但是我們將進一步展開探索努力搜尋它們!


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