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VLT發現高質量雙星的比例比原先認為的還多很多

天文學家利用歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)觀測資料所做的最新研究顯示:那些最為明亮的高質量恆星(high-mass star)並不是單獨存在,幾近四分之三的這類高質量恆星擁有伴星,這個比例遠高於先前的認知。更讓這些天文學家驚訝的是,這些高質量恆星所在的雙星系統,子星之間存有強烈的交互作用,質量會由其中一顆子星轉移到另一顆子星;其中甚至有三分之一這類高質量恆星雙星系統,最終會合併成單一恆星。相關論文發表在2012年7月27日出刊的科學(Science)期刊中。

宇宙中的恆星各式各樣、不一而足。荷蘭阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam)天文學家Hugues Sana等人利用VLT研究O型星(O-type stars),這類恆星的質量、表面溫度和所發出的亮度都比一般恆星高很多,質量約為太陽的15倍以上,亮度是太陽的百萬倍以上,表面溫度更高達攝氏30,000度以上,是恆星中的巨獸等級。然而,也由於這些特點,使得這些發出藍白色光芒的O型星,壽命極短而劇烈,對星系演化具有關鍵作用。O型星也與被戲稱為「吸血鬼恆星(vampire stars)」的極端現象有關,這種在這種雙星系統中,較小的子星會掠奪較大子星的表面物質,到一定程度後,可能引發伽瑪射線爆發(gamma-ray burst,GRB)現象。

這些天文學家研究銀河系中6個鄰近的疏散星團中的71顆O型星,其中有些是單星,有些是雙星。分析之後發現約75%的O型星位在雙星系統中。雖然他們發現這個比例比之前認為的還高,但更重要的是:這些O型星雙星系統中,兩顆子星的距離近得足以使他們彼此間有可以交換質量或甚至合併的交互作用,也就是吸血鬼恆星的比例也遠比先前所認為的還高。

O型星只佔宇宙眾多恆星的一小部分,但常發生各式劇烈現象或爆發事件,因此對其週邊環境影響甚鉅。這些恆星巨獸所發出的強烈恆星風和震波,都會觸發或阻止周圍其他恆星的形成;它們所發出的強烈輻射則會照亮周圍的星雲;而當這些恆星走道生命終點,進而發生超新星爆炸,可讓星系中的與生命息息相關的重元素含量增加;這些O型星也與GRB這個宇宙中最劇烈的爆發現象有關。換言之,O型星是驅使星系演化的重要機制之一。上圖是含有許多明亮而熾熱的O型星的3個著名恆星形成區,最左側是船底座星雲(Carina Nebula),中間為老鷹星雲(Eagle Nebula,M16),右為IC 2944。

當一顆恆星鄰近有其他恆星時,其一生受到這些鄰近恆星的影響相當大。若雙星中兩互繞的子星靠得很近,甚至有可能合併成一顆;Sana等人估計約有20~30%的O型星最終命運會是與近鄰合併成一顆更大的恆星,而O型星合併往往引發劇烈事件。即使不合併,而是比合併溫和一點的結局,它們也會互相撕扯、剝奪近鄰的表面物質;Sana等人估計這種結局佔了約有40~50%左右,嚴重影響了這些恆星的演化。

到目前為止,天文學家絕大部分認為密近大質量雙星系統在宇宙中算是罕見現象,不過這些少數就可以解釋X射線雙星、波霎雙星或黑洞雙星等奇怪的現象。但Sana等人的研究卻顯示密近大質量雙星在宇宙中雖不是非常普遍,但也不算罕見,而星系的命運、甚至是整個宇宙的命運,幾乎是掌握在這些大質量雙星或吸血鬼恆星身上,瞭解它們是非常重要的事。

以吸血鬼恆星為例,雙星中比較小、質量比較低的恆星,是藉由吸食它近鄰表面的新鮮氫氣而回春;由於它的質量穩定增加,有了外來支援之後,不僅可比它的近鄰活得更久,而且也比同質量的單星活得更久。然而,這個身為犧牲者的近鄰,雖然原本的質量比較大,但表面物質被惡鄰不斷掠奪,害它根本沒機會變成一顆非常明亮的紅超巨星(red super giant),而是將它原本的熾熱核心一點一點暴露出來,呈現偏藍的色調,像是一顆剛誕生沒多久的年輕恆星一樣。如此一來,雙星中的兩顆子星都彷彿重生過,將讓遙遠星系中的星族表現得比原本該有的年齡還年輕;如果能得知這類高質量雙星系統的正確比例,將有助於校正這些遙遠星系的特性。

天文學家唯一能取得遙遠星系訊息的方式只有它們發出的光。如果不能全盤瞭解這些光究竟是哪種星體發出的,就不能獲得星系的完整面貌,不知道整個星系總質量究竟有多大,也不知道這個星系到底年輕到什麼地步。如果一開始的假設就是錯的,那麼最後得到的星系性質結論也不可能正確到哪去。因此,天文學家們希望透過觀測與電腦模擬,雙管齊下,瞭解高質量雙星的演化,以及高質量雙星對星系演化的影響。

資料來源:VLT finds most stellar heavyweights come in interacting pairs[2012.07.26]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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