天文學家發現恆星碰撞引發超新星爆炸


天文學家發現一個引人注目的證據,顯示黑洞或中子星螺旋進入伴星的核心,並導致伴星爆炸為超新星。天文學家從甚大陣列巡天(Very Large Array Sky Survey)數據中得到啟示,這是一個使用美國國家科學基金會的卡爾·央斯基(Karl Jansky) 甚大陣列(Very Large Array)的多年項目。

當美籍華裔天文學家Dillon Z. Dong檢查甚大陣列巡天圖像時,出現第一個線索,該圖像於2017年開始觀測,發現一個發出明亮射電源天體,但它沒有出現在早期的甚大陣列巡天空中,稱為20厘米射電天空微弱圖像。他們隨後使用甚大陣列和夏威夷的凱克(Keck)望遠鏡對該天體進行觀測,命名為 VT 1210+4956。他們確定,明亮的射電源來自一個距地球約四億八千萬光年的矮恆星的外圍形成星系。他們後來發現,國際太空站上的一台儀器在2014年檢測到來自該物體的X射線爆發。

所有這些觀測的數據使天文學家能夠拼湊出兩顆大質量恆星之間長達數百年互相碰撞的死亡之舞。像大多數比我們的太陽質量大得多的恆星一樣,這兩顆恆星誕生時是一對雙星,彼此緊密環繞。其中一個比另一個質量更大,在其正常的核聚變動力壽命中進化得更快,並以超新星的形式爆炸,留下一個黑洞或一顆超高密度的中子星。

黑洞或中子星的軌道越來越靠近它的伴星,大約在三百年前,它進入伴星的大氣層,開始了死亡之舞。此時,相互作用開始將氣體從伴星噴射到太空中。噴出的氣體向外盤旋,在這對氣體周圍形成一個不斷擴大的冬甩(donut,中國大陸及台灣譯做:甜甜圈)形環,稱為環面。

最終,黑洞或中子星向內進入伴星的核心,破壞核聚變產生的能量,使核心不會因自身重力而坍塌。當核心坍塌時,它短暫地形成了一個緊密圍繞入侵者運行的物質圓盤,並以接近光速的速度從圓盤向外噴射物質,在恆星中穿行。

國際太站上的儀器偵測到的X射線,證實這件事發生在2014年,這顆恆星核心的坍塌導致它比伴星早爆炸,之後再引發伴星爆炸為超新星,雖然伴星最終會爆炸,但這次合併加速了這個過程。

2014年超新星爆炸噴射出的物質的移動速度比先前從伴星拋出的物質快得多,當甚大陣列巡天空觀測到該物體時,超新星爆炸正在與該物質發生碰撞,產生強大的衝擊,產生甚大陣列可偵測得到的明亮射電源。

這次發現的關鍵是甚大陣列巡天空的數據,甚大陣列正在對緯度範圍內可見的整個天空(約八成的天空)製作影像,這在七年的時間裡進行三次。甚大陣列巡天空以這種方式進行的目標之一是發現瞬態物體,例如超新星爆炸,它們以無線電波長發出明亮的光。今次發現是超新星引起恆星合併,對天文學家而言是個驚喜。

【圖、文:節譯自美國國家射電天文台2021年9月2日新聞公佈】研究全文將會刊登在2021年9月3日出版的《科學》期刊 標題是: A transient radio source consistent with a merger-triggered core collapse supernova

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