變光脈動對超新星爆炸效果有何影響?

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【大紀元2020年03月08日訊】(大紀元記者笛睿編譯)變星是一類亮度不斷變化的恆星。科學家把它們比做在天空中「呼吸」的星體:「吸氣」時漲大變亮;「吐氣」時收縮變暗。一份新研究好奇地想了解,變星在不同的變光時期爆炸成超新星,結果有什麼不同嗎?

獵戶座亮星參宿四(Betelgeuse)由於突然變暗引發即將爆發為超新星的猜測,成為媒體關注的焦點。這是一顆接近生命終點的巨大的紅色變星。

科學家知道,當一顆質量是太陽10倍以上的大型恆星爆炸的時候,將在宇宙中留下非常壯觀的景象。而參宿四是的質量是太陽的20倍。由於參宿四距離地球僅600多光年,因此如果它爆發為超新星,那將是在地球上白天都能看到閃光的天文事件。

研究者之一加州大學聖塔芭芭拉分校(UC Santa Barbara)的戈德堡(Jared Goldberg)說:「我們想了解超新星爆發時刻發生在變星不同的亮度階段,將對結果有何影響?以前的研究建立的模型,沒有考慮不同亮度的時間點。」

超新星璀璨光芒可「被困」百日

研究稱,當參宿四這樣的巨星在內核反應所需的燃料耗盡後,將失去維持其常態的壓力,於是在自身巨大質量的作用下,在只有半秒的瞬間坍塌——快得以至於星體的外殼還來不及反應。

隨著內核的坍塌,原子分離成電子和質子。它們組合成為中子,這個過程又釋放高能的中微子射線。中微子一般情況下不與任何物體產生作用,每秒鍾有100萬億個中微子穿透人體而不與人體發生任何碰撞接觸。

因此,超新星爆發是科學家已知的宇宙中最強大的能量爆發事件之一,而坍塌的內核發出中微子的數量和能量之大,哪怕只有一小部分碰到星體的外部物質,都能立即引爆整顆恆星。

巨大的爆炸衝擊波拍打在恆星的外殼上,產生的光亮可以超過整個星系的亮度。這樣的亮度通常可以維持100天左右,因為只有當電離氫和游離的電子重新中和之後,射線才能從星體中釋放出去。射線逃逸後,超新星將剩下微弱的放射性塵埃,還能持續發亮數年。

決定超新星亮度的因素

在此之前,科學家已經知道,超新星的特性與恆星的質量、總爆炸能量,以及另一個很重要的因素——恆星的半徑都有關係。這份研究再加上變星的亮度時間點,意味著科學家對超新星爆炸特性的了解又增加了一層維度。

研究人員把變星的變光脈動比做「吸氣」和「吐氣」動作,「吸氣」是漲大階段,「吐氣」是收縮階段。他們發現有的變星整顆星體的脈動是一致的,即裡外層的漲縮狀態一致;然而有的變星內外脈動不一致,即有可能外層在漲大,而中間層在收縮,或者是相反的情況。

研究顯示,對於脈動一致的變星情況比較簡單,不同的階段就可以當作不同半徑的恆星預測其爆炸的效果。

對於內外層脈動不一致的變星,研究人員從他們的模型中看到,這種情況取決於爆炸光線來自星體內部所在的層次。

戈德堡說:「來自收縮層的光較暗,就像來自一個更緊湊的非變星恆星;而來自漲大層的光更亮,就像來自一個大一些的非變星恆星。」

這份研究近期發表在《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)上。◇

責任編輯:朱涵儒

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