三維模型揭示能量巨大的雙星爆發過程

幾十年來，天文學家們已經認識了雙星系統V745 Sco中的不規則爆發活動。這個系統坐落在距離地球25000光年之外的地方。先前的爆發在1937年和1989年被觀測到時，天文學家們因為驚奇而受到吸引。不過，當這個雙星系統在2014年2月6日又一次爆發的時候，科學家們已經準備好了用包括NASA錢德拉X射線天文台在內的一系列望遠鏡對爆發事件進行觀測。

V745 Sco是一個包含由引力而被鎖定在一起的一顆紅巨星和一顆白矮星的雙星系統。這兩個恆星天體相互繞轉的軌道是如此近，以至於紅巨星的外層被白矮星的強引力拽出。這些物質逐漸落到白矮星的表面。隨著時間流逝，白矮星表面可能會積累足夠多的物質，從而觸發一場巨大的熱核爆炸，造成雙星急劇增亮，被稱為「新星」。天文學家觀測到V745 Sco在爆發開始後的9天時間內，在可見光波段變暗了1000倍。

在2014年的爆發後，天文學家使用錢德拉天文台觀測V745 Sco略超過了兩周。他們的關鍵發現是，爆炸所噴出的物質看上去是朝著我們運動的。為了解釋這一現象，一隊來自義大利國家天體物理研究所-巴勒莫大學巴勒莫天文台和哈佛-史密松天體物理中心的科學家構建了一個該爆炸的三維計算機模型，並且調試模型直至其與觀測吻合。在這個模型中，他們在雙星系統的赤道周圍包括了一個大的低溫氣體盤，這個盤狀結構是由白矮星拖拽從紅巨星上流出的氣體風而形成的。

計算機計算結果表明，這場新星爆發的爆震波和噴出的物質很可能聚集在雙星系統的南北兩極。這種形狀是由爆震波衝擊雙星周圍的低溫氣體盤而造成的。這一相互作用使爆震波和噴出物質在盤的方向減速，併產生了一個不斷擴張的、熾熱的釋放X射線的氣體環。遠離我們運動而去的物質產生的X射線絕大部分都被朝向地球運動的物質吸收和阻擋，這就解釋了為什麼看上去大部分物質都在朝向我們運動。

雙星系統爆發的三維模型

圖像來源：NASA/CXC/M.Weiss

視頻來源：NASA/CXC INAF-Osservatorio Astro. di Palermo/S.Orlando

在展示新的3D爆炸模型的圖中，爆震波為黃色，爆炸噴出的物質為紫色，而幾乎未被爆震波影響更冷的物質盤顯示為藍色。噴出物質左側可見空腔，這是白矮星表面的碎片衝擊到紅巨星時被減速而形成的。下面的光學圖像來自澳大利亞賽丁泉天文台，V745 Sco位於圖像中心。

澳大利亞賽丁泉天文台拍攝的包含V745 Sco的光學圖像

爆發釋放了巨大的能量，相當於1000萬萬億顆氫彈。作者們估計，大約十分之一倍地球質量的物質在爆發中被噴出。

儘管這次恆星尺度的噴射是如此令人矚目，噴出物質的量仍然遠遠小於科學家們計算的觸發爆發所需的量。這意味著儘管爆發一再發生，仍有大量物質持續積累到白矮星表面上。如果物質積累得足夠多，白矮星將可能經歷一場熱核爆炸並被完全摧毀。天文學家們使用這種被稱作Ia型超新星的爆發天體作為宇宙的距離標誌，從而測量宇宙的膨脹。

科學家們還可以確定新星噴出物質的化學組成。他們對數據的分析表明，白矮星主要是由碳和氧組成的。

描述這些結果的一篇論文發表在了2017年2月1日的皇家天文學會月刊上，並可以在線查閱（https://arxiv.org/abs/1610.05692）。文章作者是來自義大利國家天體物理研究所-巴勒莫天文台的Salvatore Orlando，馬薩諸塞州劍橋的哈佛-史密松天體物理中心的Jeremy Drake和巴勒莫大學的Marco Miceli。

NASA位於亞拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾空間中心為NASA科學任務理事會管理錢德拉計劃。位於馬薩諸塞州劍橋的史密松天體物理台負責錢德拉的科學和飛行運行。

本文系網易新聞·網易號「各有態度」特色內容，由傅煜銘綜合整理。

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