新星是一顆恒星突然的、短暫的、戲劇性的增亮。通常情況下,這顆恒星會在幾周或幾個月內(nèi)慢慢消退到其原有的亮度。盡管新星的具體原因會因情況不同而不同,但它們總是涉及到近距離雙星系統(tǒng)中的白矮星--兩顆受引力約束而圍繞對方運(yùn)行的恒星。
現(xiàn)在,天文學(xué)家們在觀察到有史以來最快的新星后感到很興奮。這一不尋常的事件引起了科學(xué)家們對一顆更不尋常的恒星的注意。隨著他們對它的研究,他們不僅可以找到新星許多令人困惑的特征的答案,還可以找到關(guān)于我們太陽系的化學(xué)、恒星的死亡和宇宙的演變等更大的問題。
由亞利桑那州立大學(xué)的Sumner Starrfield教授、明尼蘇達(dá)大學(xué)的Charles Woodward教授和俄亥俄州立大學(xué)的研究科學(xué)家Mark Wagner領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,于2022年6月14日在《美國天文學(xué)會研究筆記》上共同撰寫了一份報(bào)告。
(資料圖)
新星是一個雙星系統(tǒng)突然爆發(fā)出的亮光。每顆新星都是由白矮星--一顆恒星非常密集的剩余核心--和附近的一顆伴星產(chǎn)生的。隨著時(shí)間的推移,白矮星從其伴星中吸取物質(zhì),這些物質(zhì)落在白矮星上。白矮星加熱了這些物質(zhì),引起了一個不受控制的反應(yīng),釋放出一陣能量。爆炸將物質(zhì)高速射出,科學(xué)家們將其作為可見光觀察。
明亮的新星通常會在幾周或更長時(shí)間內(nèi)消逝。2021年6月12日,新星V1674 Hercules爆發(fā)得如此之亮,以至于肉眼都能看到它--但是在短短一天多的時(shí)間里,它就再次變暗了。這種速度水平的新星事件是罕見的,這使得這顆新星成為珍貴的研究對象。
亞利桑那州立大學(xué)地球和空間探索學(xué)院的天體物理學(xué)家Starrfield說:“它只有大約一天的時(shí)間,而之前最快的新星是我們在1991年研究的一顆,V838 Herculis,它的亮度在大約兩三天的時(shí)間內(nèi)下降。”
當(dāng)天文學(xué)界關(guān)注V1674 Hercules時(shí),其他研究人員發(fā)現(xiàn)它的速度并不是它唯一不尋常的特征。它發(fā)出的光和能量也是脈沖式的。每隔501秒,就會有一次“擺動”,觀察者可以從可見光波和X射線中看到。爆炸一年后,這顆新星仍然顯示出這種“擺動”,而且似乎已經(jīng)持續(xù)了更長時(shí)間。Starrfield和他的同事們繼續(xù)研究這個怪癖。
Wagner說:“最不尋常的是,在爆發(fā)之前就看到了這種擺動,但是當(dāng)新星的亮度大約為10個星等時(shí),這種擺動也很明顯,”他也是正在用來觀測新星的大型雙目望遠(yuǎn)鏡觀測站的科學(xué)主管。“人們正試圖解決的一個謎團(tuán)是,是什么驅(qū)動了這種周期性,你會在系統(tǒng)的那個亮度范圍內(nèi)看到它。”
研究小組在監(jiān)測新星爆炸所噴出的物質(zhì)時(shí)也注意到了一些奇怪的現(xiàn)象--某種風(fēng),可能取決于白矮星及其伴星的位置,正在塑造物質(zhì)流入該系統(tǒng)周圍的空間。
盡管最快的新星(從字面上看)很耀眼,但它值得進(jìn)一步研究的原因是,新星可以告訴我們關(guān)于我們太陽系甚至整個宇宙的重要信息。
白矮星收集并改變物質(zhì),然后在新星爆炸期間用新的物質(zhì)調(diào)換周圍的空間。這是空間中物質(zhì)循環(huán)的一個重要部分。新星噴射出的物質(zhì)最終會形成新的恒星系統(tǒng)。這樣的事件也有助于形成我們的太陽系。
“我們總是試圖弄清楚太陽系是如何形成的,太陽系中的化學(xué)元素是從哪里來的,”Starrfield說。“我們將從這顆新星中了解的事情之一是,例如,這次爆炸產(chǎn)生了多少鋰。我們現(xiàn)在相當(dāng)肯定,我們在地球上擁有的相當(dāng)一部分鋰是由這些類型的爆炸產(chǎn)生的。”
有時(shí),一顆白矮星在新星爆炸過程中并沒有失去所有收集的物質(zhì),因此在每個周期中,它都會增加質(zhì)量。這最終會使它變得不穩(wěn)定,白矮星可能產(chǎn)生1a型超新星,這是宇宙中最明亮的事件之一。每顆1a型超新星都達(dá)到相同的亮度,所以它們被稱為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。
“標(biāo)準(zhǔn)燭光是如此明亮,以至于我們可以在宇宙中很遠(yuǎn)的地方看到它們。通過觀察光的亮度如何變化,我們可以提出關(guān)于宇宙如何加速或宇宙整體三維結(jié)構(gòu)的問題,”Woodward說。“這是我們研究其中一些系統(tǒng)的有趣原因之一。”
此外,新星可以告訴我們更多關(guān)于雙星系統(tǒng)中的恒星是如何演化到死亡的,這個過程還沒有被很好地理解。它們還可以作為實(shí)驗(yàn)室,科學(xué)家們可以看到核物理學(xué)的運(yùn)作,并測試?yán)碚摳拍睢?/p>
這顆新星讓天文學(xué)界大吃一驚。直到一位來自日本的業(yè)余天文學(xué)家Seidji Ueda發(fā)現(xiàn)并報(bào)告了它,它才出現(xiàn)在科學(xué)家的雷達(dá)上。公民科學(xué)家在天文學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,現(xiàn)代技術(shù)也是如此。盡管它現(xiàn)在太暗了,其他類型的望遠(yuǎn)鏡無法看到,但由于大型雙目望遠(yuǎn)鏡的大口徑和其天文臺的其他設(shè)備,包括它的一對多天體雙光譜儀和特殊的PEPSI高分辨光譜儀,該團(tuán)隊(duì)仍然能夠監(jiān)測這顆新星。
他們計(jì)劃調(diào)查爆發(fā)的原因和導(dǎo)致爆發(fā)的過程,其破紀(jì)錄的下降的原因,觀察到的風(fēng)背后的力量,以及其脈沖亮度的原因。
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