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如何將一顆恒星變成超強磁體

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如何將一顆恒星變成超強磁體

胡德良 譯 《 光明日報 》( 2014年05月29日   12 版)
天文學(xué)家們搞清了宇宙中最強的磁體是如何造就的。首先需要的是兩顆巨型恒星做近距離互相環(huán)繞運動(dòng),以便一顆恒星從另一顆恒星那里“偷來(lái)”氣體,引起“行竊恒星”的自轉速度加快,致使所產(chǎn)生的磁場(chǎng)比地球磁場(chǎng)要強出100萬(wàn)億倍。對于這種星系中最小但最為奇特的恒星是如何形成的,該研究提供了一個(gè)嶄新的認識。 資料圖片

    磁星是一類(lèi)奇特的脈沖星,而脈沖星是快速旋轉的中子星,中子星則是巨型恒星作為超新星爆炸后形成的。爆炸時(shí),巨型恒星的外層射向太空,而恒星核塌縮則變成脈沖星。磁星是奇特的,同時(shí)也是罕見(jiàn)的。已知的脈沖星有數以千計,但已知的磁星只有幾十顆。

    英國米爾頓凱恩斯市開(kāi)放大學(xué)的天文學(xué)家西蒙·卡拉克及同事觀(guān)察到一顆年輕的星團,該星團叫作“維斯特盧1(Westerlund 1)”,其中含有一顆磁星,是為數不多的磁星之一?!熬S斯特盧1”只有500萬(wàn)年的歷史,位于距離地球16000光年之外的天壇座,該星座就在天蝎座的南邊。

    這一組天文學(xué)家們發(fā)現了一顆奇異的藍超巨星,比太陽(yáng)的溫度要高得多,也要亮得多。天文學(xué)家們認為,該巨星曾經(jīng)環(huán)繞一顆恒星旋轉,后來(lái)該恒星變成了磁星。這顆藍超巨星被稱(chēng)為“維斯特盧1-5”,將大量的氣體丟棄給其伴星,加速了伴星的旋轉,就像落下的水使水車(chē)旋轉那樣。不久前,克拉克的研究小組在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志在線(xiàn)版上報道說(shuō):這種加速旋轉增強了這顆伴星的磁場(chǎng),結果當爆炸之后發(fā)生塌縮時(shí),它變成了磁星而不是一顆普通的脈沖星。

    此外,這顆藍超巨星還助其伴星免遭變?yōu)楹诙吹拿\。那顆伴星變?yōu)榇判侵爱惓>薮?,本?lái)可以塌縮為黑洞的,但是在其爆炸之前開(kāi)始膨脹,就像老齡化的恒星一樣。這顆藍超巨星趁機又搶回了足夠的氣體,使其伴星縮小,最終成為磁星而非黑洞。氣體物質(zhì)的脫離也有利于那顆伴星在成為磁星之前保持高速旋轉的狀態(tài):通常,膨脹時(shí)的恒星旋轉速度會(huì )更加緩慢,就像滑冰選手展開(kāi)雙臂時(shí)旋轉速度就會(huì )更慢一樣。

    證據何在?首先,這顆藍超巨星正在快速遠離其所在的星團,表明另外一顆恒星在最近爆炸之時(shí)將其拋開(kāi)。其次,這顆藍超巨星有著(zhù)極其豐富的碳、氮和氧。

    藍色恒星在生命的大部分時(shí)間里都是通過(guò)碳氮氧循環(huán)(CNO cycle)來(lái)產(chǎn)生能量的。在這個(gè)循環(huán)中,碳、氮和氧在氫轉化為氦的過(guò)程中都起著(zhù)催化劑的作用。在碳氮氧循環(huán)期間,碳和氧逐漸轉變?yōu)榈?。果然,在藍超巨星“維斯特盧1-5”中擁有大量的氮,幾乎沒(méi)有氧。但是,這顆藍超巨星中也有很多碳,按說(shuō)這是不應該出現的情況??死说难芯啃〗M認為:這顆恒星是最近才獲得這些碳的,就在其伴星變成磁星之前獲得的。其伴星在生命的后期將氦燃燒,生成了碳,并把部分碳噴射到這顆藍超巨星表面上,然后發(fā)生了爆炸,結果兩顆恒星就分道揚鑣了。

    “該發(fā)現并不是無(wú)懈可擊的,然而這是一個(gè)合理的論證?!睕](méi)有參與這項研究的澳大利亞悉尼大學(xué)天文學(xué)家布賴(lài)恩·岡斯勒說(shuō)。他指出,巨型恒星通常擁有伴星,然而那顆磁星和這顆藍超巨星都是孤單的。此外,一顆脈沖星只在其生命最初的10000年左右才是磁星;而這顆藍超巨星表面上的碳應該只能存在大約10000年,然后就會(huì )下沉于恒星的表面之下,逃出視野。如果這項研究是正確的,那么就可以解釋這個(gè)由來(lái)已久的謎團了——恒星遺骸可以通過(guò)上述方式獲得極強的磁場(chǎng),至少一些磁星的這種杰出特性是由被踢開(kāi)的伴星賦予的。

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