恒星碰撞

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恒星碰撞指两颗恒星通过重力作用合并成一个较大天体的过程[1]。天文学家们估计,银河系内的球状星团每一万年可能发生一次这样的事件。[2]科学家直到最近才有足够的技术观察恒星的合并。[3]稠密的星团可以因中介质量黑洞所引发的“失控恒星碰撞”,于短时间内发生一系列的恒星碰撞。 [4]

天文学的复杂的天体[编辑]

宇宙中的任何恒星,无论核聚变反应是否仍在在进行中,都有可能发生恒星碰撞,这包括白矮星中子星黑洞主序星巨星超巨星等等。不同型态的恒星碰撞或合并,结果会形成不同类型、质量、温度和半径的恒星[2]

恒星碰撞或合并的类型[编辑]

Ia型超新星[编辑]

白矮星是低质量恒星的残骸,如果它与其他的恒星结合成联星系统,它们可能会形成称为Ia超新星的剧烈恒星爆炸。白矮星可能会吸引主序星红巨星伴星的物质,形成吸积盘。当两颗白矮星的轨道彼此非常靠近时[5],其轨道能量会以重力波的形式辐射出来,导致双方向内螺旋运动。 当它们最后结合在一起时,如果质量接近或超过钱德拉塞卡极限,那么 碳燃烧就会开始进行,使温度剧增。由于白矮星是简并物质,在热压力和恒星质量之间没有安全的平衡。因此,失控的融合反应在合并后的恒星内部快速地传播和加热,造成超新星爆炸。[5]在几秒钟内,白矮星所有的物质都被抛入太空内。[6]

中子星碰撞[编辑]

录影片显示两颗中子星的碰撞。

中子星的碰撞会发生类似Ia超新星的事件。当两颗中子星的轨道彼此密切时,它们会随着时间螺旋向内推移。当这两颗中子星相遇,它们的碰撞会形成黑洞(假设它们的质量超过托尔曼﹣欧本海默﹣沃尔科夫极限)。这会在1到2毫秒的短时间内创造出强磁场,其强度为地球磁场的数万亿倍。天文学家认为这类事件就是某种类型的伽玛射线暴[7]哈伯太空望远镜拍摄的影像显示的产生,以及许多其它更重的金属,都是来自剧烈的中子星碰撞。对宇宙中所有金含量的统计指出,估计这样的碰撞每1万至10万年会发生一次。[8]

发现[编辑]

各个时代的天文学家都有提出恒星碰撞的理论,但这要等到新技术的发展之后,才可以得到证明。在1764年,查尔斯·梅西耶发现了现在称为M30的星团。20世纪的天文学家估计,这个星团已经存在130亿年。[9]后来,哈伯太空望远镜能够解析出M30中的一颗颗恒星。经由这种新技术,天文学家发现了一些称为蓝掉队星的恒星,比星团内的其它恒星都明显更年轻。[9]天文学家假设这些恒星可能是经由“碰撞”或是“合并”形成的,所以它们有比周围的其它同伴更多的燃料,可以继续进行核聚变反应。[9]

恒星碰撞与太阳系[编辑]

虽然恒星碰撞可能在银河系的某些地区频繁发生,但是在太阳所处的环境附近发生的可能性则非常低。根据计算,在太阳附近的恒星碰撞快率是10兆兆年一次。[10]另一恒星与太阳近距离接触的可能性非常低,其估算公式如下:

N ~ 4.2 · D2 Myr−1

当中N表示每百万年接近太阳至太阳半径D之内的恒星,单位为秒差距[11]地球的平均轨道半径是1天文单位,相当于4.82 × 10−6秒差距,可以做为比较。

尽管太阳不会直接发生这样的事件,但是另一恒星达到100光年距离之内,仍有可能导致地球的毁灭。[10]不过,这依然是不太可能的,因为没有如此接近太阳的恒星集团。

参考资料[编辑]

  1. ^ Fred Lawrence Whipple, Supernovae and stellar collisions, 1939 
  2. ^ 2.0 2.1 Chang, Kenneth."Two Stars Collide; A New Star is Born.", New York Times,New York, 13 June 2000.Retrieved on 14 November 2010.
  3. ^ Tylenda, R.; Hajduk, M.; Kamiński, T. et al.. V1309 Scorpii: merger of a contact binary. Astronomy and Astrophysics. 2011-03-11, 528 (April 2011): A114 [2012-09-26]. Bibcode:2011A&A...528A.114T. arXiv:1012.0163. doi:10.1051/0004-6361/201016221. 
  4. ^ A Black Hole in Orion?. Sky & Telescope. 2012-09-26 [2012-10-06]. 
  5. ^ 5.0 5.1 González Hernández, J. I.; Ruiz-Lapuente, P.; Tabernero, H. M.; Montes, D.; Canal, R.; Méndez, J.; Bedin, L. R. No surviving evolved companions of the progenitor of SN 1006. Nature. 2012-09-26, 489 (7417): 533–536 [2012-09-26]. Bibcode:2012Natur.489..533G. arXiv:1210.1948. doi:10.1038/nature11447. 
  6. ^ Freedman, Roger A., Robert M. Geller, William J. Kaufmann III(2009). The Universe 9th Edition,p.543-545. W.H. Freeman and Company, New York. ISBN 1-4292-3153-X
  7. ^ Rosswog, Stephan, "Radioactive glow as a smoking gun", Nature, USA, 29 August 2013, Retrieved on 11 September 2013.
  8. ^ Writers, Staff."Neutron Star Collisions Produce Super-Powerful Magnetic Fields", Space Daily, UK, 30 March 2006, Retrieved on 15 November 2010.
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 "Stellar Collisions and vampirism give blue stragglers stars a "cosmic facelift", Asia, 29 December 2009
  10. ^ 10.0 10.1 存档副本. [2014-01-15]. 
  11. ^ Garcia-Sanchez, J.; 等, Perturbation of the Oort Cloud by Close Stellar Approaches, Asteroid and Comet Dynamics, Tatrauska Lomnica, Slovak Republic, August 24, 1998, hdl:2014/19368 

外部链接[编辑]