【宇宙科普】激變變星、Ia型超新星、核坍縮超新星三種天象的本質是不一樣的

天空之城 2020/10/31 檢舉 我要評論

除了單個恒星產生的「白矮星」之外,在雙星系統裡面所形成的「白矮星」有一些更加特殊的觀測表現,這就是所謂的「新星」和「 Ia型超新星」,本文簡單地介紹一下這兩類天體的現象。

新星,又稱「激變變星」

一顆白矮星和另一顆恒星組成了「密近雙星」,在白矮星的引力作用下伴星的物質會流向(物質傳輸)白矮星,這樣的雙星系統稱為「激變變星」。

由於這兩顆恒星在做軌道運動,所以傳輸的物質具有一定的角動量,因此會在白矮星周圍形成一個「吸積盤」。物質在吸積盤裡面做螺旋式的運動,慢慢地接近白矮星,最終會落在白矮星上面,在這個過程裡面「引力勢能」會轉變為熱能,最終通過紫外和X射線輻射釋放出來了,於是可以觀測到吸積盤以及白矮星所產生的輻射,主要是在X射線波段,也有一部分是在紫外波段的,因此這類天體稱為「激變變星」,因為它們往往會有快速的、比較劇烈的光度變化。

圖解:激變變星示意圖

當堆積在白矮星表面的氫和氦足夠多時,會產生不穩定的熱核反應

當白矮星得到了伴星物質,這些物質主要是由氫和氦構成的,它們會堆積在白矮星上面,當物質堆積的量變得越來越多的時候,它所具有的溫度、密度和壓強也會隨之上升,甚至會達到一個臨界點,也就是發生熱核反應,而這個熱核反應的過程與在恒星的核心所發生的是類似的,但是地點是不一樣的。

在恒星的是發生在它的最中心位置,而白矮星的是發生在它的表面,並且這個熱核反應不是可控的,而是失控的,一旦發生了熱核反應就會快速地爆發性燃燒,會把星體表面的氫和氦全部都燒光,同時釋放大量的能量,所以在前期的吸積過程裡是處於一個相對寧靜的狀態,然後光度快速地上升,而它的光度可能會上升幾千倍甚至上萬倍,再經過幾個月或者幾年緩慢地下降。這種發生在白矮星表面的失控熱核反應,所導致的能量釋放過程稱為「新星」。

原因是在它爆發前處於非常寧靜或者說是非常黯淡的一個狀態,突然發生核反應了,所以它變的非常明亮,就像在那個位置出現了一顆新的恒星一樣,這是稱為「新星」的原因。在古天象記錄裡,這類現象以及跟它類似的這些現象呢,稱為「客星」,它們像客人一樣突然出現了,然後過了一陣又回去了。

圖解:恒星光度突然上升示意圖

舉例說明: 武仙座·Herculis 1934

武仙座,1934年發生了一次「新星」或者說「新星爆發」,下面的三張照片就展示了「武仙座·1934」爆發時刻的圖像,以及兩個月後和40年後的圖像。

爆發時刻的星等可以達到3m星等,所以是一個相當明亮的天體,但是經過兩個月之後星等就衰減到了12m星等,而過了40年後在爆發時候向外面拋射出來的氣體在向外膨脹,大小已經達到了0.05個光年。

通過對新星爆發的記錄,可以去研究在白矮星雙星系統裡面所發生的物質的交流過程以及核反應的過程,對於雙星演化、對於白矮星性質的影響,因為「武仙座·1934」爆發過程從起源上來講是由於物質傳輸所導致的,這個物質傳輸過程並不因為新星爆發而停止,所以一次新星爆發結束之後,接下來的物質傳輸還可能會導致下一次的新星爆發,會周而復始地發生這個現象,所以新星爆發在理論上面都是會重複發生的,因此稱為「再發新星」。

圖解:武仙座·Herculis 1934爆發時間段對比圖

Ia型超新星

在特殊的情況下,白矮星和伴星之間的物質交流可能是以一種平穩的方式來進行的,不發生或者很少發生新星爆發,於是從伴星傳輸過來的物質就一直累積在白矮星的表面,成為白矮星的一部分,於是白矮星的品質就會越來越大。

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