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銀河系深處的定時炸彈:一顆即將引爆的白矮星,地球上將肉眼可見

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白矮星是一種主要由碳和氧構成的天體,它們是中等質量恒星消亡后殘留的致密核心,以“電子簡并壓”平衡自身的引力坍縮。

在孤立狀態下,白矮星是穩定的,它們只會慢慢冷卻,但如果白矮星能從外界獲取到足夠多的物質,使自身質量超過“錢德拉塞卡極限”(約1.44倍太陽質量),“電子簡并壓”就會失效。

在這種情況下,白矮星的溫度就會因為引力坍縮而迅速上升,當達到一定程度時,就會點燃碳和氧的核聚變,由于在簡并態物質中,熱量幾乎可以毫無阻礙地傳遞,因此一旦白矮星內部某個區域的碳氧被點燃,局部產生的高溫會迅速擴散,進而造成其鄰近區域也發生核聚變。

隨著更多區域發生核聚變,白矮星整體溫度會不斷飆升,而核聚變對溫度又極為敏感,溫度越高,反應速率會呈指數式增長,所以這種正反饋過程,就會在極短時間內導致整顆白矮星發生極為猛烈的熱核爆炸。這種現象,就是所謂的“Ia型超新星”。

實際上,在天箭座方向,距離我們大約1萬光年的位置上,就有這樣一顆即將引爆的白矮星,堪稱是銀河系深處的定時炸彈。

這顆白矮星的質量與太陽相當,屬于一個被稱為“天箭座V”(V Sagittae)的雙星系統,它的伴星是一顆主序星,估計質量范圍在太陽的0.8至1倍之間。

觀測數據表明,“天箭座V”兩顆恒星距離非常近,它們圍繞共同質心運行的周期僅為大約12.3小時,這使得伴星的外層物質受到白矮星強大引力的潮汐作用,進而導致伴星物質不斷溢出,并通過一個稱為“洛希瓣”的引力臨界面,源源不斷地涌向白矮星。

該系統的物質轉移的速率被天文學家形容為“前所未見”的水平,由于吸積速率相當快,大量的氫和氦(這是伴星外層的主要物質)已經在白矮星周圍形成了一個巨大的吸積盤。

看到這里,可能有人會問了,為什么是白矮星吸積伴星的物質,而不是反過來呢?

答案簡單來講就是,這是因為白矮星的密度非常大(一顆密度與太陽相當的白矮星,體積大概與地球差不多),其引力場束縛自身物質的作用就相當強,與之相比,其伴星(主序星)的密度就小了太多,如此一來,當兩者相互接近時,物質就總是會從低密度的伴星向高密度的白矮星轉移。

天文學家表示,當兩個天體相互繞轉時,會以引力波的形式向外輻射能量,這種能量的損失會導致軌道勢能下降,雙星的距離越近,繞轉越快,輻射的引力波越強,進而形成了一種不可逆轉的正反饋過程。

對于“天箭座V”而言,除了引力波效應,劇烈的物質轉移也在不斷改變該系統的角動量分布,這會加速軌道的收縮速度,而當軌道收縮到一定程度時,雙星將進入“公共包層”階段,此時“公共包層”產生的摩擦力還將大量消耗它們軌道能量,導致雙星以更快的速度相互接近。

在此過程中,物質轉移的速率將會指數級地增加,一旦白矮星的質量超過“錢德拉塞卡極限”,就會發生猛烈的超新星爆發。

根據理論模型的推演,這顆白矮星將在本世紀60年代引爆,屆時它在天空中的視星等至少可以達到-7等,以至于在地球上將肉眼可見,成為全人類共同見證的宇宙奇觀。

當然了,在天文學中,說這顆白矮星即將引爆一點都不夸張,但對于我們人類來講,這個時間還是有點漫長。

不過大家也不必太過失望,因為這顆白矮星的吸積盤規模大、密度高,其中的物質會在高速碰撞和摩擦中不斷升溫,當達到一定程度時,吸積盤里的氫就會發生熱失控的核聚變反應,進而發生“新星爆發”。

根據天文學家的預測,這樣的爆發可能在未來的幾年里就會發生,到那個時候,這顆白矮星的亮度會暴增數十萬倍,如果觀測條件良好的話,地球上的我們也可以看到它在夜空中閃耀。

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