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索恩-祖特阔夫天体

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索恩－祖特阔夫天体（英语：Thorne–Żytkow object，缩写：TŻO）是一种假设存在的恒星，是指核心有中子星存在的红巨星或红超巨星。这型恒星是由美国天文学家基普·索恩和波兰天文学家安娜·祖特阔夫（波兰语：Anna_N._Żytkow）于1977年提出假设[1]。2014年时天文学家发现恒星HV 2112是可能性相当高的这型天体的候选者[2]。

形成

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索恩－祖特阔夫天体被认为是恒星和中子星相撞而形成，而且常发生于红巨星或红超巨星。而相互撞击的恒星可以只是在银河系中运动的恒星。而相撞的情形很可能只会发生在恒星分布密度极高的球状星团内。另外，中子星可能会和其他恒星形成联星系统。而超新星爆炸时能量释放不是完美的对称，因此中子星会留下一个相对于原始轨道速度的较低速度。超新星爆炸时推动中子星会使中子星产生新的轨道速度，可能形成与伴星轨道相交的新轨道。如果伴星是一颗主序星的话，将会在形成红巨星时将中子星吞没[3]。

一旦中子星进入红巨星，中子星和红巨星外层之间的阻力会使联星系统的轨道衰减，使中子星和红巨星的核心以螺旋形轨道向内彼此靠近。取决于两者之间的原始距离，这个过程可能持续数百年。当中子星和红巨星核心相撞时将会合并，如果合并质量超越欧本海默极限，核心将塌缩为黑洞，并导致超新星爆炸。如果未超越极限则是成为单一中子星[4]。而银河系中估计只有20到200个索恩－祖特阔夫天体，并且寿命约10万到100万年。

如果白矮星和中子星合并，就可能会形成光谱类似北冕座R型变星的索恩－祖特阔夫天体[5]。

天体状态

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中子星表面温度极高，可以超过109 K，超过除了超大质量恒星以外其他恒星的核心温度。如此高温的机制是中子星周围的气体核聚变和中子星重力造成的气体压缩[6][7]。因为如此高的温度，当红巨星核心外的气体落入中子星表面时会产生异常的核聚变过程。氢在融合后可能产生和寻常恒星核合成不同的同位素混合物，并且部分天文学家假设X射线爆发源中的核聚变Rp-过程也会发生在索恩－祖特阔夫天体内部[8]。

在观测上，索恩－祖特阔夫天体在外观上可能类似红超巨星，如果其温度够高足以产生将富含氢外层剥离的恒星风，就可能会与富含氮的沃尔夫–拉叶星相似（光谱型 WN8）[9]。

索恩－祖特阔夫天体的形成可能是验证引力波存在的机会。这类天体形成时释放的引力波频率约为10-5到0.1 Hz，并且只要是距离地球 10 kpc以内，其振幅就可被引力波探测器侦测到。不过在银河系中这样的发生频率大约是平均500年1次[10]。

演化结局

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理论上TŻO的演化结果是成为拥有巨大吸积盘的中子星，也就是质量流失将会使TŻO外围的气体包层成为盘面，而不再是TŻO[11]。这些中子星可能成为拥有吸积盘的单独脉冲星[11]。大质量的吸积盘也可能使恒星塌缩，使恒星成为中子星。中子星也可能因为吸积了足够的质量而塌缩成黑洞[12]。

观测历史

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截至2014年，最晚被认定是候选天体的HV 2112因为观测到一些异于一般恒星的状态，而被认为可能是TŻO。发现HV 2112的团队注意到它的化学组成特征不完全符合理论模型，但发现团队强调预测TŻO的理论已经相当旧，并且在理论概念化时必须要进行修正[13]。

TŻO候选天体列表

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名称 赤经 赤纬 天球上位置 判定时间 注释 参考资料
HV 2112 01h 10m 03.87s -72° 36′ 52.6″ 小麦哲伦星系 2014 该恒星原本被分类为渐近巨星分支的恒星，但观测结果判定更可能是红超巨星。 [13]
宝瓶座U 宝瓶座 1999 该恒星被分类为北冕座R型变星。 [5]
人马座VZ 人马座 1999 该恒星被分类为北冕座R型变星。 [5]

前TŻO候选天体列表

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名称 赤经 赤纬 天球上位置 判定时间 注释 参考资料
GRO J1655-040 天蝎座 1995 这个黑洞和恒星组成的系统原本被假设为TŻO。 [12]

参见

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参考资料

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  1. ^ Thorne, Kip; Żytkow, Anna. Stars with degenerate neutron cores. I – Structure of equilibrium models. The Astrophysical Journal. March 1977, 212 (1): 832–858. Bibcode:1977ApJ...212..832T. doi:10.1086/155109. 
  2. ^ Astronomers discover first Thorne-Zytkow object, a bizarre type of hybrid star. PhysOrg. 4 June 2014 [4 June 2014]. （原始内容存档于2019-05-03）. 
  3. ^ Brandt, Niel; Podsiadlowski, Philipp. The effects of high-velocity supernova kicks on the orbital properties and sky distributions of neutron-star binaries. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. May 1995, 274 (2): 461–484 [2014-02-10]. Bibcode:1995MNRAS.274..461B. （原始内容存档于2019-07-01）. 
  4. ^ Podsiadlowski, Philipp; Cannon, Robert C.; Rees, Martin J. The evolution and final fate of massive Thorne-Zytkow objects. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1995, 274 (2): 485–490. Bibcode:1995MNRAS.274..485P. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Vanture, Andrew; Zucker, Daniel; Wallerstein, George. U Aquarii a Thorne–Żytkow Object?. The Astrophysical Journal. April 1999, 514 (2): 932–938. Bibcode:1999ApJ...514..932V. doi:10.1086/306956. 
  6. ^ Eich, Chris; Zimmerman, Mark; Thorne, Kip; Żytkow, Anna. Giant and supergiant stars with degenerate neutron cores. The Astrophysical Journal. November 1989, 346 (1): 277–283. Bibcode:1989ApJ...346..277E. doi:10.1086/168008. 
  7. ^ Cannon, Robert; Eggleton, Peter; Żytkow, Anna; Podsialowsky, Philip. The structure and evolution of Thorne-Zytkow objects. Astrophysical Journal. February 1992, 386 (1): 206–214. Bibcode:1992ApJ...386..206C. doi:10.1086/171006. 
  8. ^ Cannon, Robert. Massive Thorne–Żytkow Objects – Structure and Nucleosynthesis. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. August 1993, 263 (4): 817. Bibcode:1993MNRAS.263..817C. 
  9. ^ Foellmi, C. & Moffat, A. F. J.: Are Peculiar Wolf-Rayet Stars of Type WN8 Thorne-Zytkow Objects?. In: Stellar Collisions, Mergers and their Consequences, ASP Conference Proceedings, Vol. 263. Edited by Michael M. Shara.. 263, 2002, ISBN 1-58381-103-6, S. A123.
  10. ^ Nazin, S. N.; Postnov, K. A. Gravitational Radiation during Thorne-Zytkow object formation.. Astronomy and Astrophysics. November 1995, 303: 789–794 [2014-02-11]. Bibcode:1995A&A...303..789N. （原始内容存档于2017-03-06）. 
  11. ^ 11.0 11.1 Mereghetti, Sandro. A Spin-down Variation in the 6 Second X-Ray Pulsar 1E 1048.1-5937. Astrophysical Journal. December 1995, 455: 598. Bibcode:1995ApJ...455..598M. doi:10.1086/176607. 
  12. ^ 12.0 12.1 Brandt, W. N.; Podsiadlowski, Ph.; Sigurdsson, S.;. On the high space velocity of X-ray Nova SCO 1994: implications for the formation of its black hole. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. November 1995, 277 (2): L35–L40. Bibcode:1995MNRAS.277L..35B. 
  13. ^ 13.0 13.1 Levesque, Emily; Massey, Philip; Anna, Zytkow;Morrell, Nidia. Discovery of a Thorne-Zytkow object candidate in the Small Magellanic Cloud. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters. 30 May 2014. Bibcode:2014arXiv1406.0001L. arXiv:1406.0001 可免费查阅. 

外部链接

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