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当一颗恒星吞噬自己时

揭开 BP Piscium 这颗红巨星的神秘面纱,它挑战了人们的预期,并可能正在重塑其周围环境。

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当一颗拥有行星系统(或可能是一个近距离的恒星伴侣)的恒星衰老、膨胀成红巨星并吞噬其周围环境时,会发生什么?就是这样:

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在这种情况下,“这样”就是恒星 BP Piscium(或简称 BP Psc),这颗恒星的质量比太阳小不到两倍,距离地球约 1000 光年。这张照片实际上是利克天文台(Lick Observatory)的光学图像(白色和绿色)与钱德拉X射线天文台(Chandra Observatory)的X射线图像(紫色)的组合。喷射出的物质流通常出现在年轻恒星周围。当恒星形成时,周围会有一个厚厚的物质盘。由于一些尚不完全理解的机制(尽管我们知道这与星盘、恒星自转和恒星磁场有关),物质和能量可以被聚焦成这两个射流,并以高速从恒星的两极喷射出来,延伸数光年。但这里有个问题:BP Psc 并不是一颗年轻的恒星。我们知道这一点有几个原因。首先,它不在任何恒星形成区域附近,而具有这种射流的年轻恒星从不在恒星托儿所之外发现。其次,光谱表明它是一颗红巨星,就像太阳生命末期那样。第三,虽然它会发出一些X射线,就像年轻恒星一样,但它并不够明亮,发出的方式也不像年轻恒星。事实上,其X射线光谱与一颗快速旋转的老年恒星相匹配。总而言之,BP Psc 看起来确实像一颗伪装成年轻恒星的老恒星。它是如何做到的?关键就在于那些射流。我们认为你需要一个围绕恒星的星盘来帮助聚焦它们。老恒星如何获得星盘?嗯,当像太阳这样的恒星变老并变成红巨星时,它会膨胀。很大地膨胀。太阳的直径可以从略高于一百万公里增加到一亿公里甚至更多!当太阳这样做时(大约在 60 亿年后),它会吞噬水星和金星。我们不确定太阳是否能膨胀到足够大以吞没地球,但我们确实知道有些恒星会膨胀到那么大。

当恒星膨胀时,它的自转也会减慢。通常的例子是一个花样滑冰运动员,他可以通过收拢手臂来增加旋转速度——你肯定见过很多次了。反之亦然:如果你快速旋转,你可以张开手臂来减慢速度。恒星也一样:一颗像太阳这样的恒星,以前每月自转一次,当它变成红巨星时,可能需要数年才能完成一次自转。现在想象一下,一颗像木星一样大的行星(或一颗非常小的红矮星)近距离绕着这样的恒星运行。它可能在几天或几周内绕恒星运行一周,请记住,恒星本身的自转速度比这慢得多。当它膨胀并吞噬那颗行星时,行星不会立即蒸发;它可能需要数年才能完全被摧毁。在这段时间里,它还在恒星内部绕行!恒星只是气体,当它变成红巨星时,它会变得很大,密度会进一步降低。听起来很奇怪,但像行星这样密度更高的东西可以在红巨星内部绕行一段时间。所以行星在恒星内部,像打蛋器在面糊碗里一样搅动。这会引起各种混乱,包括导致恒星从赤道排出物质形成一个星盘。很多物质可能来自被分解的伴星本身。我们剩下的是一颗奇怪的恒星:它很老很大,曾经有一个(或几个)伴星,但现在自转速度很快,中间环绕着一个厚厚的星盘,并喷射出物质流。换句话说,就是 BP Piscium!有趣的是,有人认为这个星盘可能足够厚,足以再次形成行星。在这个例子中我们无法确定,但我们在寻找恒星周围的行星方面做得越来越好。如果有一天,我们发现看起来像是围绕一颗非常老的恒星运行的非常年轻的行星,那将是令人惊叹的。如果是这样,我们可能就会有更多证据来了解 BP Psc 内部发生的事情。

我还想指出,我们有更多类似的事件的证据:一些恒星在死亡时会喷射出物质壳。这些不恰当地称为“行星状星云”(之所以这样称呼,是因为在小望远镜中它们可能看起来像行星盘)具有各种奇特的形状,包括一些表明它们的母星在快速旋转。由于一颗孤立的红巨星自转缓慢,多年来人们一直认为这些星云表明恒星正在吞噬一个双星伴星或可能是内行星。事实上,我以前的导师 Noam Soker 在发现第一颗超巨型行星伴星之前很久就提出了这个理论来解释行星状星云。我喜欢科学的一点是,一切都那么契合。因为我们描述的是现实,所以事物必须契合!所以当我们发现像 BP Psc 这样的物体,让我们挠头不已时,我们可以求助于其他观测、其他知识,并试图弄清楚发生了什么。这就是为什么科学不仅仅是一本知识的汇编;它是一幅挂毯,一个复杂的编织,一切都相互依赖。就像一幅非凡的挂毯一样,它是一件美丽而奇妙的事物。

图片来源:BP PSC:X射线(NASA/CXC/RIT/J.Kastner 等人),光学(UCO/Lick/STScI/M.Perrin 等人);插图:NASA/CXC/M.Weiss;行星状星云:NASA/HST/Bruce Balick

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