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M87星系蘊含的秘密:恆星爆炸與大規模噴流相吻合

M87星系蘊含的秘密:恆星爆炸與大規模噴流相吻合

2023-11-05 Comments 0 Comment

天文學家發現新星爆炸沿著星系M87 中一個巨大噴流的路徑神秘地排列在一起。雖然噴流和新星以前被認為是互不相關的現象,但這種排列方式顯示兩者之間存在關聯。

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每個人都喜歡神秘的事物,天文學家剛剛在附近一個叫做M87的超大質量星系中發現了一個新的神秘事物。和大多數星系一樣,M87 星係也經常發生被稱為”新星”的恆星爆炸。M87 的另一個特點是從銀河系核心向深空噴射出一股巨大的等離子體。

這些現象:噴流和新星,是互不相關的天文現象,科學家是這麼認為的。但是天文學家最近發現,M87 中的新星似乎一反常態地沿著噴流排列,而不是隨機地散佈在整個星系中。噴流是否在某種程度上引發了新星爆發?可能是的,但謎團是:如何觸發的?

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從M87 銀河系核心噴射而出的噴流。資料來源:哈伯遺產小組(STScI/AURA)和NASA/ESA

一個天文學家小組利用哈伯太空望遠鏡兩次獨立巡天獲得的數據,證實了在M87 中存在135 個新星,它們似乎以意想不到的頻率出現在噴流的路徑上。研究小組在論文預印本中寫道:”這種分佈偶然發生的可能性為0.3%。”

目前還不清楚這種情況是M87獨有的,還是星系噴流的常見效應。

科學家說:”目前還沒有觀測到其他具有噴流的星系,其靈敏度或頻率都不足以產生足夠大的新星樣本,來檢驗M87假定的新星-噴流聯繫是普遍存在的、罕見的還是虛假的。”

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右圖為白矮星從伴星吸積氫的藝術構想圖。圖片來源:NASA/CXC/M.Weiss

新星是由白矮星表面的爆炸引起的。要發生新星,白矮星必須是一對雙星,並且離它的伙伴星足夠近,以便從它那裡吸收物質。與超新星不同的是,新星不會完全摧毀白矮星,而且隨著時間的推移,同一顆恆星可能會發生多次新星現象,因為從它的伙伴恆星中竊取的物質會越來越多。

同時,M87 的銀河噴流是由星系中心的黑洞驅動的,這是天文學家在2019 年觀測到的第一個黑洞。隨著物質向後洞螺旋式推進,在其周圍形成了一個吸積盤,強大的磁場將強烈的輻射向外輸送,導致輻射以相對論速度被排出,向深空飛行了近5000光年。

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位於M87星雲中心的黑洞,這張圖一度是2019年的全球頭條配圖,也讓視覺中國聲名大噪。資料來源:EHT

關於噴流如何引發新星,有幾個理論。一個簡單的解釋是,噴流的輻射加熱了其路徑上的供體恆星,增加了向其白矮星夥伴的質量轉移,引發了熱核失控。這種加熱會讓新星變得更頻繁。

不幸的是,這理論的數學計算並不成立。儘管噴流的輻射很強大,但由於恆星太小,距離太遠,它的影響並不大。我們或許可以排除這個答案:這種影響」數量級」太弱了。

另一種說法是噴流引發了恆星的形成:更多的恆星意味著更多的雙星,也意味著更多的新星。但這種解釋也有問題。在這種情況下,我們會發現沿著星系的”反噴流”,恆星的形成也會出現類似的增長,但這並沒有得到證據的證實。因此,天文學家們又回到了原點。

天文學家們也正在考慮其他一些想法,但尚未進行適當的測試。例如,也許噴流的衝擊波在穿過銀河系的過程中把氣體和塵埃聚集在一起,形成了星際介質雲。當這些雲團中的一個到達雙星系統時,就會增加物質吸積的速度,進而引發新星。同樣,衝擊波也可能加熱恆星(比輻射本身更有效),提高質量轉移率。後兩種可能性目前還只是猜測:它們還沒有被完全探索出來。因此,目前這仍然是一個謎。

用作者的話來說,”M87噴流沿線新星發生率的提高現在已經確定,但還無法解釋”。

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