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4.8億光年外,死星引爆恒星,「光粒」的黑暗森林打擊?
2021/09/04
2021/09/04

近年來,天文學家發現了越來越多的天體大碰撞事件。2015年,鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)探測到了來自于13億光年外的引力波,這是由遙遠銀河外星系中的兩個恒星級黑洞碰撞的結果。

2017年,天文學家探測到一起與眾不同的引力波,這一次還幾乎同時接收到了無線電波、紅外線、X射線、伽馬射線等各種波段的電磁波,其來源是1.3億光年外的兩顆中子星碰撞。

今年6月,天文學家再次探測到兩起引力波事件,它們分別是來自9億和10億光年外的黑洞和中子星的碰撞結果,這兩種緻密天體之間的碰撞首次被觀測到。

現在,根據《科學》(Science)雜誌刊載的一項新研究[1],加州理工學院的天文學家首次發現了一種罕見的天體大碰撞事件,一顆緻密的天體,要麼是黑洞,要麼是中子星,撞擊了一顆恒星的核心,並且引爆了該恒星,產生了一種新的超新星。那麼,這種罕見的碰撞事件是如何發生的呢?緻密天體又是來自哪裡?

在宇宙中,像太陽系這樣的單恒星系統占比不到一半,另外一大半恒星都是屬于雙恒星及以上的多恒星系統,例如,位于8.7光年外的格利澤65就是一個雙星系統,兩顆質量為太陽十分之一的紅矮星在互相繞行。先前還有研究表明,所有恒星可能都是成對誕生的。

恒星的質量有大有小,不同質量的恒星將有不同的結局,所以雙恒星系統就會產生不同的碰撞事件。恒星不會一直「燃燒」下去,質量越大的恒星,消耗核聚變燃料的速率越快,它們的壽命就會越短,質量越小的恒星反而能燃燒更久。

對于質量不到太陽8倍的低質量恒星,它們在膨脹成紅巨星後,外層將會逐漸剝離。核心中的物質被自身重力強烈壓縮,電子殼層被打破,電子不受束縛地在原子核間自由運動,這樣的天體就是白矮星。

對于質量8倍以上的大質量恒星,它們在膨脹成紅超巨星後,將會引來極為壯烈的結局——爆炸成超新星,一下子就能釋放出太陽在100億年裡所能產生的能量。如果用肉眼觀測,我們最遠所能看到的恒星估計只有1.6萬光年,而我們最遠能夠看到的超新星遠在75億光年之外。

如果大質量恒星的質量不到太陽的20倍,那麼,在經歷超新星爆發後,它將會留下一個質量為太陽2倍左右的緻密核心,電子被重力擠入原子核中,結合質子變成中子,這就是中子星。

如果質量超過太陽20倍,將會留下3倍太陽質量以上的核心,物質被無限壓縮到無窮小的奇點中,這會讓周圍一片空間彎曲到閉合,可以把光也困在裡面,這樣的天體就是黑洞。

「死星」引爆正常的恒星

在這項新研究中,天文學家通過甚大陣射電望遠鏡(VLA)發現了非常明亮的射電源VT J121001+495647,距離地球4.8億光年。分析顯示,這是一顆死亡恒星撞擊伴星的結果,但並不清楚這顆「死星」究竟是中子星還是黑洞。

在這個雙星系統中,死星原本是一顆大質量恒星,它更快耗盡燃料爆炸成超新星,最終演變成了一個緻密天體。相比之下,伴星的質量更小,還能進行核聚變反應,不斷產生能量。

兩顆天體互相繞行不斷輻射出引力波,導致軌道不斷衰減,它們互相螺旋靠近。經過數億年乃至數十億年的時間後,當它們的距離足夠近時,這顆死星的強大引力撕開了伴星的外層,在它們周圍形成了一團巨大的氣體圈。

在氣體圈中,阻力大幅增大,從而加速了它們的相撞。最終,死星掉進伴星的核心中,極端的引力直接引爆了這顆正常的恒星,產生了一顆前所未見的超新星。

看到這裡,大家可能會想到《三體》中著名的文明清理工具——光粒。這種光粒能以極為接近光速的速度前進,根據愛因斯坦相對論的質增效應,它具有極其巨大的動能,可以摧毀恒星結構,引爆恒星,讓宇宙黑暗森林一直維持下去。

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