一顆快速移動的恆星與星際氣體碰撞產生壯觀的弓形衝擊波


韓(ζ Oph = Zeta Ophiuchi) ,中國恆星名稱,位於中國星圖中的天市垣,所以也稱為:天市右垣十一,是位於蛇夫座一顆恆星。距離地球約四百六十光年。是一顆炙熱的藍巨星,質量大約是太陽20倍,卻因為星際塵埃吸收了大量的藍光造成的紅化而看起來偏紅。光度約是太陽的六萬五千倍。

「韓」原本快樂地圍繞著一顆大型伴星運行,直到它的伴星在大約一百萬年前爆炸為超新星。爆炸將韓彈出了它原來的軌道,所以現在它正在星際空間中飛馳而去。當然,超新星也驅逐了伴星的外層,所以這顆幸存的恆星也不是空曠的空間,而是在殘餘氣體中飛馳。對愛爾蘭都柏林高等研究院天文學和天體物理學科,以塞繆爾·格林(Samuel Green)為首的天文學家團來說,是研究這種複雜情況的好消息。

「韓」通過穿過星際氣體,使到恆星產生加熱的衝擊波,從紅外線到 X 射線的所有東西都會發光。這些衝擊波的物理特性非常複雜。它由一組稱為磁流體動力學的數學方程控制,該方程描述了流體氣體及它的周圍磁場的行為。對這些方程建立模型已經夠糟糕,但是當你遇到衝擊波等湍流運動時,情況會變得更糟。這就是為什麼「韓」如此重要的原因。由於天文學家對它的衝擊波有深刻的了解,可以將觀測結果與電腦模擬進行比較。

在這項最新研究中,團隊建立模擬蛇夫座附近的衝擊波的電腦模型。然後將這些模型與紅外線、可見光和 X 射線的觀測結果進行比較。目標是確定那一些模擬最準確,以便進一步完善模型。在三個模型中,有兩個預測 X 射線發射的最亮區域應該位於離恆星最近的衝擊波邊緣,這就是天文學家所觀測到的。但所有三個模型都預測 X 射線發射應該比觀測到的更微弱,因此沒有一個模型是完全準確。但這些模型很難做好,而這項工作是一個好的開始。

X 射線亮度的差異可能是由於衝擊波中的湍流運動造成。硏究團隊計劃在未來的模型中包含一些這種湍流運動。通過多次迭代,應該能夠建立一奎模擬這種星際衝擊波的模型。

磁流體動力學是許多天體物理過程的核心部分,從太陽耀斑到行星的形成,再到強大的類星體黑洞引擎。大多數這些相互作用都被距離或塵埃所掩蓋,所以「韓」與星際氣體碰撞可以讓天文學家對這個複雜的物理學有一個令人震驚的看法,這真是太好了。

【圖:美國太空總署;文:節錄自物理學機構網頁】 研究全文刊登在2022年5月26日出版的《天文學與天體物理學報》;標題是:Thermal emission from bow shocks. II. 3D magnetohydrodynamic models of zeta Ophiuchi

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