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銀河系迄今自轉速度最快恒星現身

大質量恒星“玩命”自轉竟是為了延年益壽

2020-04-27 科技日報 陸成寬
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  在赤道上,地球自轉的線速度大約是0.464千米/秒,這意味著,站在赤道附近,即使原地不動,也能“日行八萬里”。一天跑8萬里,是不是感覺挺快?近日,我國天文學家發現了一顆迄今銀河系自轉速度最快的恒星。與這顆恒星的自轉速度相比,地球自轉堪稱“龜速”。這顆恒星的自轉速度約為540千米/秒,比目前銀河系中自轉速度第二快的恒星(HD 191423),快了約100千米/秒。

  那么,這顆星為什么可以轉得那么快?科學家又是怎么發現的?自轉速度這么快會導致什么結局?帶著這些問題,記者采訪了這顆星的發現者之一、中國科學院國家天文臺副研究員李廣偉。

  來自“娘胎”的自轉

  恒星之所以會自轉,與它們的起源有關。恒星是從星云的碎裂和塌縮中誕生的,而星云基本都是處在湍流狀態,因此形成恒星的塵埃氣體總的轉動慣量不可能正好為零。當這些塵埃氣體收縮成一顆恒星時,其總的轉動慣量就會被剛誕生的恒星繼承,新生恒星自然就會轉動起來。

  李廣偉說,自轉速度的大小,主要和恒星的質量、年齡以及雙星的相互作用有關。一般情況下,質量越大的恒星,自轉速度也越大。因為它們在出生時收集的物質越多,總的轉動慣量也會越大。但自轉速度會隨著恒星年齡的增大而變慢,這是因為星風帶走轉動慣量,以及磁場制動、星體膨脹等因素,會使得其自轉速度逐漸慢下來。

  此外,一顆處在雙星系統中的恒星,如果它吸積伴星物質或者與伴星并合,那么它就會獲得轉動慣量,從而使得自身轉速加快。這種自轉加快的機制,在大質量恒星中非常常見,因為絕大多數質量超過16倍太陽質量的恒星都處于或者曾經處于雙星系統中。

  這顆迄今銀河系自轉速度最快的恒星,其質量可能會超過30個太陽質量。事實上,在銀河系中,超過16個太陽質量的恒星占比非常少,大概一億顆中不到三顆,其中高速自轉的恒星更少。它們雖然非常亮,但都處于銀盤中。這就意味著,它們和我們之間隔著銀盤中厚厚的塵埃,它們發出的光傳到我們這里,不僅所剩無幾且嚴重紅化?!八酝ㄟ^測光的方法無法分辨出這些大質量恒星,我們只能通過光譜譜線來分辨它們?!崩顝V偉說。

  他表示,我國的郭守敬望遠鏡(LAMOST)是一臺高效的光譜獲取機器,一次曝光就能觀測4000顆恒星,迄今為止已經獲得了約1500萬條光譜,遠遠超過世界上其他望遠鏡觀測到的光譜數量總和。這就使得研究人員有機會在其中發現包括這顆恒星在內的各種極端稀少的天體。

  或能揭示伽馬射線暴之謎

  和普通的恒星相比,高速自轉的恒星有著自己完全不同的生命軌跡。

  李廣偉表示,高速自轉能導致星體內部很強的物質交流,這種物質交流能改變恒星的內部分層結構,極端情況下可以使恒星內部的核反應物質混合到表面,并且把外部的新鮮氫燃料帶到核心區。由于不斷補充新鮮燃料,其壽命會明顯延長。同時,這種強烈的混合會打破較重的元素在里層、較輕的元素在外層的恒星常規分層結構,使得恒星在演化晚期不會有氫殼層燃燒發生,所以星體不會膨脹太多,一直會保持身材苗條。此外,由于燃燒更為充分,高速自轉的恒星一生可以積累更多的核反應產物。

  在李廣偉看來,高速自轉大質量恒星是天文學家理解當前天文熱點——伽馬射線長暴和引力波事件起源的關鍵。

  伽馬射線長暴被認為是高速自轉大質量恒星死亡時的產物?!爱敻咚僮赞D大質量恒星死亡時,中心會塌縮成黑洞。這種高速自轉會導致在黑洞周圍形成一個高速繞黑洞旋轉的等離子體,進而產生了強大的磁場。當磁極對準地球時,我們就會看到伽馬射線暴發?!崩顝V偉說,這種伽馬射線長暴一般只持續幾十秒,但最遠的伽馬射線暴能傳播130多億光年到達地球,它是我們研究宇宙黎明時代的強有力工具。

  2015年9月14日,在激光干涉引力波天文臺(LIGO)發現了第一個引力波事件之后,天文研究進入了多信使天文學時代。隨后在2017年10月,諾貝爾物理學獎頒發給了在引力波探測方面作出杰出貢獻的3位科學家。到目前為止,大多數探測到的引力波事件是由幾十個太陽質量的雙黑洞并合形成的。這類雙黑洞一般認為是由兩個高速繞轉且高速自轉的大質量恒星形成的。

打印 責任編輯:侯茜

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