海山二星170年前大爆發的光迴聲

婷婷

摘要：天文學家最近觀測了海山二星（船底座η）劇烈爆發的光回波，這對怪獸級不穩定雙星系統，曾經在約170年前壯觀爆發。 1837年，天文觀測者首次注意到這場“極大爆發”，並持續觀測到1858年。但在儀器不足以精密記錄天體狂暴活動的年代，天文學家對爆發的了解有限。幸好，某些爆發的光在太空中迂迴傳播，最近剛剛到達地球，提供了讓我們詳細分析爆發細節的機會。這些光原來朝離開我們的方向前進，在遠離爆發恆星的位置遇到瀰漫的塵埃雲，並反射回地球。此效應稱為“光迴聲”。由於距離甚遠，它們比直接到達我們的光晚了170年。研究報告將刊登在2012.2.16出版的《自然》期刊上。





海山二星和它的光迴聲，兩者距離相當遠
天文學家最近觀測了海山二星（船底座η）劇烈爆發的光回波，這對怪獸級不穩定雙星系統，曾經在約170年前壯觀爆發。

1837年，天文觀測者首次注意到這場“極大爆發”，並持續觀測到1858年。但在儀器不足以精密記錄天體狂暴活動的年代，天文學家對爆發的了解有限。

幸好，某些爆發的光在太空中迂迴傳播，最近剛剛到達地球，提供了讓我們詳細分析爆發細節的機會。這些光原來朝離開我們的方向前進，在遠離爆發恆星的位置遇到瀰漫的塵埃雲，並反射回地球。此效應稱為“光迴聲”。由於距離甚遠，它們比直接到達我們的光晚了170年。觀測海山二的光迴聲提供了我們洞悉大質量恆星爆發時行為的新視角。對這顆瀕臨爆發恆星的觀測揭示出某些意料之外的結果，將迫使天文學家修改恆星爆發的物理模型。





光迴聲的示意圖，版權：A.Rest

研究團隊領隊、馬里蘭州巴爾的摩市太空望遠鏡科研所（STScI）的Armin Rest 解釋說：“170年前海山二爆發時，可惜沒有相機記錄下該事件。天文學家知道的（假超新星）爆發的所有數據都來自目擊報告。用科學儀器進行的現代觀測，在爆發後好多年才有。假如大自然為該事件保存了一個監控錄像帶，我們現在才剛開始觀看它。我們將能一年又一年地追踪爆發過程的變遷。”

研究報告將刊登在2012.2.16出版的《自然》期刊上。





海山二星的多波段合成圖，與通常所見不同，中央藍色區域是哈勃拍攝的可見光圖像，外圍是錢德拉拍攝的X線圖像，可見它經歷了多次爆發。
海山二星離地球約7500光年，是銀河系中已知最大、最亮的恆星系統。雖然這對狂亂的雙星以爆發聞名，但“極大爆發”是歷次爆發中規模最大的：近20年的爆發期間，海山二星拋出了近20個太陽質量的物質，並成為全天第2亮星（僅次於離我們很近的天狼星，不計太陽）。外流的部分物質形成系統的兩個巨瓣。爆發前的雙星質量和超過140個太陽質量。

因為海山二星離我們相當近，天文學家使用包括哈勃​​太空望遠鏡在內的各種望遠鏡，追踪其行跡。團隊研究資料包括地面望遠鏡進行的可見光和光譜觀測。





哈勃和ESO的甚大望遠鏡拍攝的海山二中心區域圖像，版權：NASA，ESA;ESO，VLT

這些觀測標誌著天文學家首次對“復現爆發”恆星的光迴聲進行光譜分析，雖然他們早已對超新星的類似光迴聲做過很多次觀測。光譜分析能夠提取恆星的“特徵指紋”，提供它的行為細節：溫度，​​噴發物的速度等。

這個延時“廣播”給予天文學家觀測爆發的一個獨特視角，並發現一些奇特之處。這個狂暴的恆星系統與同類不太相同。海山二屬於高光度藍變星（LBV），一類特別明亮的大質量恆星，有周期性爆發傾向。但是，海山二中心區域的外向流溫度，僅有約5000K（意味著當時的海山二是黃超巨星，而不是LBV），遠遠低於同類恆星的爆發（約低了2000K）。 Rest說道：“海山二真的比較古怪，我們現在不得不修改恆星演化模型，以了解我們測量到的對應著什麼現象。”





海山二星和其他LBV的比較，縱坐標：與太陽光度的對比，橫坐標：溫度，兩者都是對數坐標。斜線是超級星團R136中的LBV統計獲得的；星團空心圈代表候選的LBV，+代表相對很冷的黃超巨星。可以看到，海山二的大爆發光度很高，但對應的溫度卻很低。版權：A.Rest

Rest團隊分析了美國國家光學天文台（NOAO）位於智利托洛洛山美洲天文台（CTIO）的Blanco4米望遠鏡的圖像，從2010和2011年的船底座大星雲圖像對比中，首次發現了光迴聲信號。接著他們得到了圖森市亞利桑那大學天文學家南森•史密斯（Nathan Smith）於2003年用CTIO拍攝的圖像，從而完成了整個20年爆發的拼圖。

這些圖像顯示，光穿過並照亮了海山二周圍及遙遠的塵埃雲峽谷。研究超新星的強烈光迴聲已經多年的Rest說：“當我看到光迴聲時，高興得跳起來了！我沒想到能看到它，因為海山二的爆發比超新星暗弱太多了。我們還知道，（光迴聲所在）太空區域的物質很可能並沒有（高速）運動。要探測到這麼短距離的運動，需要幾十年的觀測。而現在，我們竟然一年中就觀測到它們的明顯運動，因此只能懷疑為光迴聲所致。”

雖然圖像中的光看來在隨時間運動，但它事實上是光學魔術。每個到達地球的閃光的時間都是不同的，就像峽谷中人的迴聲一樣。






三個光迴聲的圖像，PDF的圖像標出了光迴聲所在的位置和拍攝時間

團隊繼續使用華盛頓卡耐基研究院位於智利拉斯坎帕納斯天文台的麥哲倫望遠鏡和杜邦望遠鏡研究它們的光譜。這些研究幫助天文學家從光譜中破譯爆發外向流的速度和溫度。觀測顯示，噴發物的外流速率約為200km/s，與預測的相符。

借助Las Cumbres 天文台全球望遠鏡網絡中位於澳大利亞塞丁泉市的南Faulkes望遠鏡，Rest團隊密切關注光迴聲的強度變化。團隊然後比較了現在和19世紀對這20年爆發的亮度變化測量，新觀測的峰值恰好對應著1843年的峰值。





歷史記錄與現在模型的比較。黑線：當年的亮度變化觀測記錄；紅圈、綠圈、藍圈：不同的模型對應的歷史回溯光變。研究團隊將繼續關注海山二，因為爆發的光迴聲還在流向地球。 Rest總結道：“我們將在6個月內看到它再次變亮，對應1844年的增亮。我們希望能獲得其他方向的光迴聲圖像，從而對爆發有完整的理解。”

  
  

MRYEE

婷婷 發表於 2012-2-22 07:38
摘要：天文學家最近觀測了海山二星（船底座η）劇烈爆發的光回波，這對怪獸級不穩定雙星系統，曾經在約170 ...

海山二星（船底座η），超級大怪獸

Wandererjc

出了近20個太陽質量的物質嘩.....難以想像

馬後砲

MRYEE 發表於 2012-2-22 09:36
海山二星（船底座η），超級大怪獸

那些大爆發，會不會是雙星系內恆星碰撞而引起?

馬後砲

MRYEE 發表於 2012-2-22 09:36
海山二星（船底座η），超級大怪獸

那些大爆發，會不會是雙星系內恆星碰撞而引起?

MRYEE

馬後砲 發表於 2012-2-23 11:13
那些大爆發，會不會是雙星系內恆星碰撞而引起?

         來自美國加利福尼亞大學伯克利分校的科學家們表示，通過長時間的反復研究觀察論證，他們認為銀河系最大的恒星海山二星(Eta Carinae)的巨大噴發過程是一個全新的恒星爆炸類型，該類型與此前科學家所觀察到的恒星爆炸類型都不相同。此外，該類型的恒星爆炸方式要比典型的超新星爆炸威力要微弱得多，該爆炸不會導致恒星的毀滅。


      加利福尼亞大學的天文學教授南森-史密斯(Nathan Smith)是該項研究工程的主要負責人之一，他認為，在1843年銀河系中體積最大的船底座海山二星曾經發生過大規模噴發現象，當時海山二星所迸射出的巨大爆破波浪與超新星爆炸所產生的能量波浪極為相似；但是從威力以及能量上來說，海山二星的爆破要稍稍遜色於超新星爆炸。

      雖然該事件的發生年代是在距今150年以前，可能很多人都沒有特別留意到。但是南森-史密斯教授卻認為海山二星在宇宙觀測領域的地位極為重要。他表示這顆恒星1843年時的爆炸具有極大的研究價值，因為在近幾年天文工作人員們的天文觀測過程中，我們都驚訝的發現在銀河系以外的其他幾個星系中，竟然有與海山二星爆炸方式極為相似的不同程度恒星噴射現象。而這一切則說明海山二星在1843年的噴射現象絕非偶然，其應該屬於一種全新的恒星爆炸類型。



    海山二星質量為太陽的120-150倍,亮度大約是太陽的400萬倍。海山二星屬於亮藍變星，活動極不穩定，經常會發生特大的爆發，期間甚至其形狀也會由圓形變為啞鈴型。此外由於多年以前海山二星曾經明亮程度極高，而最終導致了許多雲氣體以及塵埃的出現，科學家們通常將這些氣體與塵埃叫做矮星雲。據科學家們推測，雖然海山二星表面時常刮有凜冽的大風，但是其表面的氣體以及塵埃的流動速度與超新星表面氣體流動速度比起來確是要緩慢的多，海山二星表面氣體的流動速度為每秒鐘650千米。此外，科學家還認為海山二星表面氣體流動的速度雖然比超新星表體氣體的流動速度慢許多，但是卻要比矮星雲塵埃的流動速度快，速度約為其速度的五倍左右。

    史密斯教授認為，“我們對海山二星的觀測過程中不斷修正我們此前的錯誤認識與判斷，在海山二星的爆炸原因分析過程中，我們曾經認為是表層引起的爆炸，然而事實卻是爆炸原因來自海山二星的深層內部。此外，像海山二星這樣的恒星在接近其生命的終點時，會呈週期性的爆炸中不斷大量消耗掉自己的品質；而反觀超新星則不會這樣，它在爆炸過程中將不會留下任何痕跡，最終形成一大塊黑洞。”雖然海山二星這樣的爆炸威力要遠遠小於超新星爆炸所帶來的威懾，但是海山二星的爆炸過程卻可以產生出與超新星爆炸形成的極為類似的輻射波紋，因此此前海山二星爆炸與超新星爆炸曾經不斷被科學家們所混淆，海山二星爆炸也經常被科學家們戲稱為超新星的“冒名頂替者”。據科學家們介紹，海山二星爆炸研究可以有助於研究人員理解宇宙加速膨脹以及其他重要的宇宙現象。史密斯教授表示，“海山二星這樣的爆炸方式應當是其死亡之前，表層釋放氫元素的主要方式之一。要知道每過一千年，海山二星都可以釋放出品質約為10倍於太陽的氫氣，那將是一個極為浩瀚的工程；此外，宇宙觀測人員在觀測海山二星的過程中發現，海山二星仿佛在不斷的增加自身的體表亮度，但同時又沒有達到像超新星一樣的亮度。我們至今也沒有完全理解，海山二星經過了如此長時期的燃燒發亮過程，然而自己最終卻沒有毀滅。”

    與此同時，科學家們目前斷定，海山二星以及其他明亮發光藍色恒星都正在慢慢走向消亡，它們已經將其內核中的大部分氫氣燃燒轉為了氦氣。如果海山二星最終在這樣的狀態下爆炸結束自己的“生命”，那麼顯而易見的是它就會與超新星爆炸有著太多的差異。“海山二星的研究過程可以作為普通超大恒星在即將走完生命旅程前“垂死鬥爭”的一個理論模型；此外，目前對於科學家們來說，海山二星的研究充滿了挑戰與懸念，因為它或許將是人類揭秘宇宙懸疑的又一個新的起點。據介紹，加州大學伯克利分校工作人員所得到的這個最新研究結果將被發表在9月11日出版的世界天文物理權威期刊《自然》中。(尚力)

    海山二星(Eta Car)是顆大品質的恒星。在過去的歷史中，海山二星有數次大幅增亮然後又變暗的記錄。在1843年4月的短暫期間，海山二星曾經是地球夜空中排行第二的亮星，亮度只輸給天狼星，雖然它的距離有7500光年，或者說是天狼星距離的800倍。天文學家認為海山二星在接下來的一百萬年內，很可能會發生超新星爆炸。此外，大品質的海山二星也是超超新星(hypernova)的可能候選天體，也就是說，它有可能是未來的伽瑪射線爆發源。1841年是海山二星有記錄的活動最高峰。期間亮度甚至比天狼星還要高，以至於人們在白天都可以看到這顆恒星。目前海山二星已經處於發展的晚期，活動正在衰落。在他的週邊已經形成了一個很大的行星狀星雲——一般存在於死恒星週邊。但海山二星依然在繼續著劇烈的噴發。一般認為，海山二星的最後會變成一顆超新星。 1841年是海山二星有記錄的活動最高峰。期間亮度甚至比天狼星還要高，以至於人們在白天都可以看到這顆恒星。目前海山二星已經處於發展的晚期，活動正在衰落。在他的週邊已經形成了一個很大的行星狀星雲——一般存在於死恒星週邊。但海山二星依然在繼續著劇烈的噴發。此前科學家曾經認為，海山二星最後會變成一顆超新星。