宇宙物理科普：大質(zhì)量恒星“玩命”自轉(zhuǎn)也是為了“瘦身”有益健康

在赤道上，地球自轉(zhuǎn)的線速度大約是0.464千米/秒，這意味著，站在赤道附近，即使原地不動(dòng)，也能“日行八萬里”。一天跑8萬里，是不是感覺挺快？近日，我國(guó)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆迄今銀河系自轉(zhuǎn)速度最快的恒星。與這顆恒星的自轉(zhuǎn)速度相比，地球自轉(zhuǎn)堪稱“龜速”。這顆恒星的自轉(zhuǎn)速度約為540千米/秒，比目前銀河系中自轉(zhuǎn)速度第二快的恒星（HD?191423），快了約100千米/秒。

　　那么，這顆星為什么可以轉(zhuǎn)得那么快？科學(xué)家又是怎么發(fā)現(xiàn)的？自轉(zhuǎn)速度這么快會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)局？帶著這些問題，記者采訪了這顆星的發(fā)現(xiàn)者之一、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員李廣偉。

　　來自“娘胎”的自轉(zhuǎn)

　　恒星之所以會(huì)自轉(zhuǎn)，與它們的起源有關(guān)。恒星是從星云的碎裂和塌縮中誕生的，而星云基本都是處在湍流狀態(tài)，因此形成恒星的塵埃氣體總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不可能正好為零。當(dāng)這些塵埃氣體收縮成一顆恒星時(shí)，其總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就會(huì)被剛誕生的恒星繼承，新生恒星自然就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

　　李廣偉說，自轉(zhuǎn)速度的大小，主要和恒星的質(zhì)量、年齡以及雙星的相互作用有關(guān)。一般情況下，質(zhì)量越大的恒星，自轉(zhuǎn)速度也越大。因?yàn)樗鼈冊(cè)诔錾鷷r(shí)收集的物質(zhì)越多，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)越大。但自轉(zhuǎn)速度會(huì)隨著恒星年齡的增大而變慢，這是因?yàn)樾秋L(fēng)帶走轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以及磁場(chǎng)制動(dòng)、星體膨脹等因素，會(huì)使得其自轉(zhuǎn)速度逐漸慢下來。

　　此外，一顆處在雙星系統(tǒng)中的恒星，如果它吸積伴星物質(zhì)或者與伴星并合，那么它就會(huì)獲得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而使得自身轉(zhuǎn)速加快。這種自轉(zhuǎn)加快的機(jī)制，在大質(zhì)量恒星中非常常見，因?yàn)榻^大多數(shù)質(zhì)量超過16倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星都處于或者曾經(jīng)處于雙星系統(tǒng)中。

　　這顆迄今銀河系自轉(zhuǎn)速度最快的恒星，其質(zhì)量可能會(huì)超過30個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。事實(shí)上，在銀河系中，超過16個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星占比非常少，大概一億顆中不到三顆，其中高速自轉(zhuǎn)的恒星更少。它們雖然非常亮，但都處于銀盤中。這就意味著，它們和我們之間隔著銀盤中厚厚的塵埃，它們發(fā)出的光傳到我們這里，不僅所剩無幾且嚴(yán)重紅化?！八酝ㄟ^測(cè)光的方法無法分辨出這些大質(zhì)量恒星，我們只能通過光譜譜線來分辨它們?！崩顝V偉說。

　　他表示，我國(guó)的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）是一臺(tái)高效的光譜獲取機(jī)器，一次曝光就能觀測(cè)4000顆恒星，迄今為止已經(jīng)獲得了約1500萬條光譜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界上其他望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的光譜數(shù)量總和。這就使得研究人員有機(jī)會(huì)在其中發(fā)現(xiàn)包括這顆恒星在內(nèi)的各種極端稀少的天體。

　　或能揭示伽馬射線暴之謎

　　和普通的恒星相比，高速自轉(zhuǎn)的恒星有著自己完全不同的生命軌跡。

　　李廣偉表示，高速自轉(zhuǎn)能導(dǎo)致星體內(nèi)部很強(qiáng)的物質(zhì)交流，這種物質(zhì)交流能改變恒星的內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)，極端情況下可以使恒星內(nèi)部的核反應(yīng)物質(zhì)混合到表面，并且把外部的新鮮氫燃料帶到核心區(qū)。由于不斷補(bǔ)充新鮮燃料，其壽命會(huì)明顯延長(zhǎng)。同時(shí)，這種強(qiáng)烈的混合會(huì)打破較重的元素在里層、較輕的元素在外層的恒星常規(guī)分層結(jié)構(gòu)，使得恒星在演化晚期不會(huì)有氫殼層燃燒發(fā)生，所以星體不會(huì)膨脹太多，一直會(huì)保持身材苗條。此外，由于燃燒更為充分，高速自轉(zhuǎn)的恒星一生可以積累更多的核反應(yīng)產(chǎn)物。

　　在李廣偉看來，高速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量恒星是天文學(xué)家理解當(dāng)前天文熱點(diǎn)——伽馬射線長(zhǎng)暴和引力波事件起源的關(guān)鍵。

　　伽馬射線長(zhǎng)暴被認(rèn)為是高速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量恒星死亡時(shí)的產(chǎn)物。“當(dāng)高速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量恒星死亡時(shí)，中心會(huì)塌縮成黑洞。這種高速自轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致在黑洞周圍形成一個(gè)高速繞黑洞旋轉(zhuǎn)的等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生了強(qiáng)大的磁場(chǎng)。當(dāng)磁極對(duì)準(zhǔn)地球時(shí)，我們就會(huì)看到伽馬射線暴發(fā)?！崩顝V偉說，這種伽馬射線長(zhǎng)暴一般只持續(xù)幾十秒，但最遠(yuǎn)的伽馬射線暴能傳播130多億光年到達(dá)地球，它是我們研究宇宙黎明時(shí)代的強(qiáng)有力工具。

　　2015年9月14日，在激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)引力波事件之后，天文研究進(jìn)入了多信使天文學(xué)時(shí)代。隨后在2017年10月，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了在引力波探測(cè)方面作出杰出貢獻(xiàn)的3位科學(xué)家。到目前為止，大多數(shù)探測(cè)到的引力波事件是由幾十個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的雙黑洞并合形成的。這類雙黑洞一般認(rèn)為是由兩個(gè)高速繞轉(zhuǎn)且高速自轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星形成的。



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