天體物理學家最終對宇宙中一些最大、最亮、最稀有恆星的劇烈情緒波動做出瞭解釋。這些被稱為發光藍色變星的恆星，會週期性地爆發出令人眼花繚亂的爆發，這些爆發被戲稱為“恆星間歇泉”。這些強大的噴發在幾天內將整個行星物質發射到太空，然而幾十年來，這種不穩定的原因一直是一個謎。現在一組天體物理學家進行的新三維模擬表明，大質量恆星外層的湍流運動產生了密集的恆星物質團，這些團狀物像太陽帆一樣捕捉到恆星的強烈光，將物質噴射到太空。天體物理學家於9月26日發表在《自然》上論文表示：在拋撒足夠的質量後，恆星會平靜下來，直到外層重新形成，整個週期重新開始。
一幅模擬旋轉氣體的快照，該氣體包裹著一顆恆星，質量是太陽的80倍。來自恆星核心強烈光線衝擊著恆星外部富含氦的區域，向外發射物質，形成壯觀的間歇泉狀噴發。單色表示輻射強度，藍色表示強度較大的區域。半透明的紫色表示氣體密度，較淺的顏色表示密度較大的區域。圖片：Joseph Insley/Argonne Leadership Computing Facility
博科園-科學科普：紐約Flatiron研究所計算天體物理學中心的研究員Matteo Cantiello說：確定恆星間歇泉形成的原因是很重要，因為每一顆超大質量恆星都可能有一部分生命是作為一個發光藍色變量度過。這一發現代表了在理解宇宙中最大恆星的生死問題上邁出了重要一步。這些大質量恆星雖然數量不多，但在很大程度上決定了星系通過恆星風和超新星爆炸的演化。藍色變星(LBVs)非常罕見，在銀河系內和周圍只有大約12個。巨大的恆星可以超過太陽質量的100倍，接近大質量恆星的理論極限。藍色變星(LBVs)也格外耀眼：最亮的一顆比太陽光度大100萬倍。
這種光將物質推向太空，因為原子對光子的吸收和再發射會產生一個向外的淨推力。科學家們認為，極端重力吸引物質進入和極端亮度將其推出之間的拉鋸戰是藍色變星(LBVs)標誌性爆發的原因。然而原子對光子的吸收要求電子繞原子核的軌道運動。在恆星最深、最熱的層中，物質表現為等離子體，電子不受原子束縛。在較冷的外層，電子開始重新結合原子，因此可以再次吸收光子。先前提出對爆發的解釋預測，外層氦氣等元素可以吸收足夠的光子來克服重力，並在爆發時飛向太空。
但是簡單的一維計算並沒有支持這個假設：外層似乎沒有足夠的密度來吸收足夠的光線來超過重力。然而這些簡單的計算並沒有全面反映出巨型恆星內部複雜的動力學。Cantiello和加州大學聖巴巴拉分校Kavli理論物理研究所的蔣彥飛(音)以及同事採取了更為現實的方法。研究人員創建了一個詳細的三維計算機模擬，模擬物質、熱和光如何在超大恆星內流動和相互作用。所涉及的計算需要超過6000萬個計算機處理器小時才能解決。在模擬中，外層的平均密度太低，物質無法飛行——正如一維計算所預測的那樣。然而新的計算結果表明，外層的對流和混合導致某些區域比其他區域更密集，一些團塊的不透明程度足以被恆星光發射到太空。
這樣的噴發發生在時間尺度上，從數天到數週不等，因為恆星在攪動，亮度波動。該研究小組估計，這些恆星每年能產生大約100萬億公噸的物質，大約是地球質量的兩倍。研究人員計劃通過合併其他效應來提高模擬的準確性，比如恆星的旋轉，這使得在恆星快速旋轉的赤道附近發射物質比在幾乎靜止的兩極附近更容易(這就是美國宇航局從佛羅里達和加利福尼亞發射火箭而不是從緬因州或阿拉斯加發射火箭的原因)。提高恆星模擬的逼真度對於獲得天體物理學的真知灼見至關重要。從簡單的單維計算向全三維模擬的轉變需要更多的計算能力和更復雜的物理條件，但結果是值得的。必須運用所有這些物理知識，將成為理解這些劇烈噴發和這些大質量恆星演化的關鍵。
博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature》｜研究/來自：西蒙斯基金會，DOI: 10.1038/s41586-018-0525-0
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