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[分享] 极富氦星应起源自两颗白矮星合并的结果
印度天文物理研究所(Indian Institute of Astrophysics,IIA)Gajendra Pandey、美国德州大学(University of Texa)麦当劳天文台(McDonald Observatory)台长David L. Lambert等人,利用哈柏太空望远镜(Hubble Space Telescope,HST)的观测资料确认「极富氦星(extreme helium stars)」这种非常稀有天体的起源。他们认为纯氦星应是经由两颗白矮星合并而形成。相关论文发表在2月10日的天文物理期刊(Astrophysical Journal)中。
第一颗极富氦星HD 124448是芝加哥大学的Daniel M. Popper于1942年利用麦当劳天文台观测发现。因此,天文物理学家研究这个议题至今已超过一甲子,直到最近才有比较一致的概念。目前已知的极富氦星已超过20几颗,这些极富氦星是质量比太阳小一点、但体积和表面温度比太阳大好几倍的超巨星(supergiant stars),最特别的当然是它们的化学组成--几乎完全不含有氢元素这种宇宙中最丰富、所有恒星最基础的化学组成,这些极富氦星的组成绝大部分是氦,另外有少许的碳、氮、氧和其他微量的稳定元素。
由于从未发现由氦气组成的云气,因此极富氦星当然不可能像一般恒星一样是由云气重力塌缩而成。像我们太阳一样的恒星,其核心区会经由氢转变成氦的核融合反应产生光与热。既然氦主要存在于恒星的炽热核心中,那么必定要将外层的大量物质抛弃后才能使原本在核心的氦裸露出来,望远镜也才能观测到氦星的存在。当时除了上述过程外,没有其他任何物理机制可以制造出氦星。
直到20年前,才有伊利诺大学天文学家Ronald Webbink和Icko Iben等人提出白矮星合并而形成极富氦星的概念。白矮星本来就是类太阳恒星走到生命终点的状况,通常含有的氢比氦少很多,有些白矮星则含有很多碳和氧。白矮星双星可以经由正常恒星组成的双星系统演化而成。如果双星中其中一子星演化变成富氦白矮星,另一颗演化成富碳氧的白矮星,经过数十亿年之后,两颗星可能会因损失能量而逐渐愈绕愈近,最终富氦子星可能会被质量稍大的富碳氧子星毁灭,残骸环绕在富碳氧白矮星的周围,形成一个厚盘,几分钟之后便被富碳氧白矮星的重力迅速拉扯、沉落在富碳氧白矮星的表面。如果新形成的恒星质量超过钱卓极限(Chandrasekar limit,1.44倍太阳质量)便会引发Iav型超新星爆炸;如果低于钱卓极限,则会逐渐膨胀形成富氦超巨星,最后变成极富氦星。
为测试这个理论的正确性,天文学家必须找出极富氦星的精确化学组成。经由HST的光谱资料,以及麦当劳天文台2.7米Harlan J. Smith望远镜(右上图)和印度2.3米Vainu Bappu望远镜的协同观测,Pandey等人藉由7颗极富氦星的紫外光的细节,发现每颗极富氦星中至少有20几种不同的化学组成;这个结果与理论预测相当符合,因此极富氦星是经由白矮星合并形成的理论应该是正确的。
资料来源:http://mcdonaldobservatory.org/news/releases/2006/0309.html, 2006.03.09, KLC
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