哈勃探測到紅巨星「加農炮」

巨型火球！NASA哈勃太空望遠鏡探測到一顆瀕死恆星周圍噴射出一些超高溫氣體團，每個氣體團質量約為火星的兩倍。這些球狀等離子氣體團極速移動著，假如從地球出發30分鐘即可抵達月球。天文學家們推測，這門恆星「加農炮」在過去400年間的發射周期為8.5年。

這些火球令天文學家們感到困惑，因為被稱為V Hydrae的主星是無法將這類物質噴射至外太空的。該主星是一顆膨脹的紅巨星，距離地球約1200光年，也許在最後演化階段已經向外太空噴射了其至少一半質量。紅巨星是即將死亡的恆星，在它臨終前會耗盡核燃料來散發生命最後的光芒。它們膨脹後，正將其外層物質噴射入外太空。

上述四張圖片展示了雙星系統V Hydrae發射球狀等離子氣體團到外太空的過程。第一張圖片展示的是兩顆恆星彼此環繞軌道運行。其中一顆恆星（主星）快走到生命的盡頭，已經開始膨脹成紅巨星。在第二張圖片中，較小那顆恆星（伴星）按其天體軌道運行已進入紅巨星的大氣層。在此過程中，伴星將吸收紅巨星的物質並在伴星周圍形成圓盤。如第三張圖片所示，當吸收的物質達到閾值時，這些炙熱的等離子體氣團將沿伴星的旋轉軸線向外噴射。如圖四所示，這種噴射過程每8年重複一次，在此期間伴星環繞著軌道運行直到再次穿過紅巨星的膨脹外層。

來源：NASA、歐洲航天局（ESA）、A.Field（太空望遠鏡科學研究院，STScI）

對此，目前最具說服力的解釋是，這些球狀等離子氣體團來自於一顆尚未被探測到的伴星。根據該理論，該伴星軌道形狀可能是橢圓形，每8.5年運行到距紅巨星膨脹大氣的最遠處，當其到達該位置便開始吞噬主星的物質。這些被吸收的物質在伴星周圍形成圓盤並作為等離子氣體團的發射平台，氣體團以大約每小時50萬英里(約80萬公里)的速度行進。

研究人員表示，將此恆星系統作為理論模型也許能夠解釋，為何哈勃太空望遠鏡能在被稱之為行星狀星雲的瀕死恆星周圍，發現那些形態各異的發光物質。行星狀星雲是恆星演化到最後階段噴射出的發光氣體所形成的膨脹外殼。

「從之前的數據中我們已經知道紅巨星會噴射出高速物質，但這是我們第一次觀測到此現象的全過程，」加利福尼亞州帕薩迪納市NASA噴氣推進實驗室負責該項研究的第一作者Raghvendra Sahai談到。「我們認為這顆恆星演化晚期產生的這些球狀氣團物質有助於人們了解行星狀星雲的結構。」

過去的二十年里，哈勃在行星狀星雲內部探測到非常複雜、多元化的構造。高解析度的望遠鏡捕獲了瀕死恆星周圍發光氣體雲中的結點。天文學家們推測，我們在哈勃提供的圖片中發現的這些結點，就是那些尚未被觀測到的伴星周圍圓盤噴射出的物質。我們銀河系大部分恆星都是雙星系統的組成部分。但這些噴射物形成的細節依然是個謎。

「我們希望了解膨脹的紅巨星蛻變成美麗閃耀的行星狀星雲的神奇過程，」Sahai說道。「這個充滿戲劇性的蛻變過程大約需要200到1000年，在宇宙的時間長河中僅是瞬息。」

Sahai的團隊利用哈勃太空望遠鏡的成像光譜儀（ Space TelescopeImaging Spectrograph ，STIS）在11年間對V Hydrae及其周圍區域進行了觀測，第一次觀測從2002年開始至2004年，其後是2011年至2013年。利用光譜解碼來自天體的光線，得到天體的速度，溫度，位置以及運動信息。

數據顯示天體周圍存在一串奇怪的、非常熾熱的斑點，每個斑點的溫度都超過17000華氏度（約9500攝氏度）- 幾乎是太陽表面溫度的兩倍。

研究人員繪製了一張詳細的斑點圖，由此得以追索這個巨大斑區自1986年至今的位置。「觀察，顯示，這些斑點隨時間進行移動，」Sahai說。「成像光譜儀的數據顯示了剛噴射出的斑點和產生長、短距離位移的斑點。」成像光譜儀探測到的龐大結構體距離V Hydrae大約為370億英里（595億公里），是太陽系邊緣冰封的柯伊伯帶至太陽距離的8倍。

這些斑點隨著不斷地遠行而逐漸膨脹及變冷，隨後在可見光波長內便無法被觀測到了。但2004年位於夏威夷的亞毫米波陣列望遠鏡在更長的亞毫米波的範圍內，觀測到模糊的結點結構，研究人員認為可能是400年前噴射形成的斑點。

基於觀測數據，Sahai和他的同事——加利福尼亞大學的Mark Morris和紐約州立大學的Samantha Scibelli在紐約州立大學石溪分校建立了一個擁有吸積盤的伴星模型來解釋噴射過程。

「這個模型提供了最合理的解釋，因為我們已經了解到噴射的動力來源於吸積盤，」Sahai解釋道。「紅巨星並沒有吸積盤，但其可能擁有諸多伴星。這些伴星的質量較小且演化較慢。我們建立的這個模型可以解釋雙極行星狀星雲的存在，此類結點噴射存在於許多天體甚至是多極行星狀星雲中。 我們認為這個模型具有非常廣泛的適用性。」

從成像光譜儀觀測結果中發現一個驚喜：伴星吸積盤每8.5年不是以固定的方向噴射團狀物質。由於吸積盤內部的晃動會導致噴射物質發生方向變化。「此項發現既令人感到十分意外又非常值得高興，因為這個現象可以幫助天文學家們解開以前觀測中遇到的謎題，」Sahai說。

天文學家們已經注意到V Hydrae每17年便消失一次，像是有物體橫亘地球與紅巨星中令人無法觀測。Sahai和他的同事認為，由於噴射流方向的來回擺動，因此球狀氣團在V Hydrae前、後面之間交替穿越，導致紅巨星消失在視野中。當斑點從V Hydrae的前部位置離開，一顆閃耀的紅巨星便又出現在眼前。

「由於吸積盤能夠在幾百年內噴射這些結構且不會分離，因此作為發射平台非常穩定，」Sahai說道。「在許多此類系統中，在重力的影響下伴星將以螺旋狀進入紅巨星的核心。最終，V Hydrae的伴星在引力的互相作用下不斷損失自身能量，導致其軌道不斷衰減。儘管如此，我們還是無法判斷這顆伴星的最後命運。」

團隊希望利用哈勃進一步觀測V Hydrae恆星系統，它最近的一次斑點噴射發生在2011年。天文學家們同時計劃使用智利的阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米陣列（Atacama Large Millimeter ，ALMA）來研究過去幾百年里的噴射物質，現在由於溫度過低，因此哈勃無法觀測到這些斑點。(翻譯：謝斯坦丁 校核：Sherry)

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