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大质量恒星“玩命”自转竟是为了延年益寿

2020年04月27日 11:34:38 来源:科技日报 作者:陆成宽

  在赤道上,地球自转的线速度大约是0.464千米/秒,这意味着,站在赤道附近,即使原地不动,也能“日行八万里”。一天跑8万里,是不是感觉挺快?近日,我国天文学家发现了一颗迄今银河系自转速度最快的恒星。与这颗恒星的自转速度相比,地球自转堪称“龟速”。这颗恒星的自转速度约为540千米/秒,比目前银河系中自转速度第二快的恒星(HD 191423),快了约100千米/秒。

  那么,这颗星为什么可以转得那么快?科学家又是怎么发现的?自转速度这么快会导致什么结局?带着这些问题,记者采访了这颗星的发现者之一、中国科学院国家天文台副研究员李广伟。

  恒星之所以会自转,与它们的起源有关。恒星是从星云的碎裂和塌缩中诞生的,而星云基本都是处在湍流状态,因此形成恒星的尘埃气体总的转动惯量不可能正好为零。当这些尘埃气体收缩成一颗恒星时,其总的转动惯量就会被刚诞生的恒星继承,新生恒星自然就会转动起来。

  李广伟说,自转速度的大小,主要和恒星的质量、年龄以及双星的相互作用有关。一般情况下,质量越大的恒星,自转速度也越大。因为它们在出生时收集的物质越多,总的转动惯量也会越大。但自转速度会随着恒星年龄的增大而变慢,这是因为星风带走转动惯量,以及磁场制动、星体膨胀等因素,会使得其自转速度逐渐慢下来。

  此外,一颗处在双星系统中的恒星,如果它吸积伴星物质或者与伴星并合,那么它就会获得转动惯量,从而使得自身转速加快。这种自转加快的机制,在大质量恒星中非常常见,因为绝大多数质量超过16倍太阳质量的恒星都处于或者曾经处于双星系统中。

  这颗迄今银河系自转速度最快的恒星,其质量可能会超过30个太阳质量。事实上,在银河系中,超过16个太阳质量的恒星占比非常少,大概一亿颗中不到三颗,其中高速自转的恒星更少。它们虽然非常亮,但都处于银盘中。这就意味着,它们和我们之间隔着银盘中厚厚的尘埃,它们发出的光传到我们这里,不仅所剩无几且严重红化。“所以通过测光的方法无法分辨出这些大质量恒星,我们只能通过光谱谱线来分辨它们。”李广伟说。

  他表示,我国的郭守敬望远镜(LAMOST)是一台高效的光谱获取机器,一次曝光就能观测4000颗恒星,迄今为止已经获得了约1500万条光谱,远远超过世界上其他望远镜观测到的光谱数量总和。这就使得研究人员有机会在其中发现包括这颗恒星在内的各种极端稀少的天体。

  和普通的恒星相比,高速自转的恒星有着自己完全不同的生命轨迹。

  李广伟表示,高速自转能导致星体内部很强的物质交流,这种物质交流能改变恒星的内部分层结构,极端情况下可以使恒星内部的核反应物质混合到表面,并且把外部的新鲜氢燃料带到核心区。由于不断补充新鲜燃料,其寿命会明显延长。同时,这种强烈的混合会打破较重的元素在里层、较轻的元素在外层的恒星常规分层结构,使得恒星在演化晚期不会有氢壳层燃烧发生,所以星体不会膨胀太多,一直会保持身材苗条。此外,由于燃烧更为充分,高速自转的恒星一生可以积累更多的核反应产物。

  在李广伟看来,高速自转大质量恒星是天文学家理解当前天文热点——伽马射线长暴和引力波事件起源的关键。

  伽马射线长暴被认为是高速自转大质量恒星死亡时的产物。“当高速自转大质量恒星死亡时,中心会塌缩成黑洞。这种高速自转会导致在黑洞周围形成一个高速绕黑洞旋转的等离子体,进而产生了强大的磁场。当磁极对准地球时,我们就会看到伽马射线暴发。”李广伟说,这种伽马射线长暴一般只持续几十秒,但最远的伽马射线暴能传播130多亿光年到达地球,它是我们研究宇宙黎明时代的强有力工具。

  2015年9月14日,在激光干涉引力波天文台(LIGO)发现了第一个引力波事件之后,天文研究进入了多信使天文学时代。随后在2017年10月,诺贝尔物理学奖颁发给了在引力波探测方面作出杰出贡献的3位科学家。到目前为止,大多数探测到的引力波事件是由几十个太阳质量的双黑洞并合形成的。这类双黑洞一般认为是由两个高速绕转且高速自转的大质量恒星形成的。

(陆成宽)

[编辑: 王航飞]
(本文来源:科技日报)
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