2022-08-04 16:45:33

沃尔夫-拉叶星是已知的质量最大、最亮的恒星

Wolf-Rayet Star: starry sky with orange and blue nebula around a star.

位于基特峰国家天文台的Mayall 4米望远镜上的宽视场马赛克相机拍摄了这张照片。wr134是图像中心下方最亮的恒星。这是一颗沃尔夫-拉叶星——一颗非常热、质量很大的恒星,以非常高的速度吹散它的外层。这些层的一部分是可见的,就像图片左上方的蓝色弧线。当外层与环绕恒星的周围星云相撞时,就产生了这个弧形。图片来自T.A. Rector(阿拉斯加安克雷奇大学)和H. Schweiker (WIYN和NOIRLab/NSF/AURA)。

我们自己的太阳听起来令人印象深刻:它的体积是地球的130万倍,质量是地球的33万倍,表面温度为1万华氏度(5500摄氏度),功率为4亿亿亿瓦。但是,对于一颗恒星来说,太阳是微不足道的。毫无疑问,真正重量级的恒星是沃尔夫-拉叶星。因为它们是已知的质量最大、最亮的恒星。

WR124

WR124是一颗沃尔夫-拉叶星,距离地球8000光年。哈勃太空望远镜拍摄的这张照片显示了热的气体团,每团的重量是地球的30倍,以每小时近10万英里的速度被吹向太空。图片来自Y. Grosdidier/ A. Moffat/ G. Joncas/ A. Acker/ NASA。

什么是沃尔夫-拉叶星?

首先,一些数字。超过太阳质量的20倍。几百万倍的亮度。另外,温度从5万华氏度(3万摄氏度)开始并超过5万华氏度(3万摄氏度)。至于它们的大小,这很难说。因为如此巨大的恒星很难将自己固定在一起,所以它们不会持续很长时间。它们迅速燃烧燃料,将大量物质喷射到太空中,最终将自己撕裂。与此同时,这种辐射驱动着异常强烈的恒星风。这些恒星以每小时超过1000万英里的速度,每年脱落约2万亿亿吨物质。这相当于每年向太空中扔出三个地球!

因此,沃尔夫-拉叶星极其罕见。它们以法国天文学家查尔斯·沃尔夫和乔治·拉耶的名字命名,他们于1867年在巴黎天文台发现了它们。据我们所知,银河系中只有500颗,周围的星系中也有几百颗。

Starry background with bright star in center surrounded by a gaseous blue ring.

环绕WR 31a的蓝色气泡是沃尔夫-拉叶星云,它是由快速的恒星风与沃尔夫-拉叶恒星喷出的外层气体相互作用而形成的。这个气泡大约形成于2万年前,目前正以每小时约136,700英里(22万公里)的速度膨胀。沃尔夫-拉叶星的生命周期只有几十万年。尽管最初的生命质量至少是太阳的20倍,沃尔夫-拉叶恒星通常会在不到10万年的时间里失去一半的质量。WR 31a也不例外。它最终会以一颗壮观的超新星的形式结束生命。图片来自ESA/哈勃望远镜和NASA/确认:朱迪·施密特。

你能用肉眼看到沃尔夫拉叶星吗?

只有两颗沃尔夫-拉叶星可以用肉眼看到。首先,位于船帆座南部的船帆座伽玛2号不仅是离我们最近的沃尔夫拉叶星,也是天空中最亮的恒星之一。它距离地球约1000光年,是一个由6个恒星组成的星系的一部分,闪耀着4.27等亮度。虽然伽玛2在肉眼看来像是一颗单星,但它是一个双星系统。然而,它们之间的距离只相当于地球和太阳之间的距离。一颗是蓝色超巨星,另一颗是沃尔夫-拉叶星。虽然伽马2目前的质量是太阳的9倍,但它已经失去了相当多的体积。最可能的情况是,它开始时的质量超过太阳的35倍。

另一颗可见的沃尔夫-拉叶星是西塔Muscae。这个位于南方摩卡星座的三星级系统的视星等为5.5。然而,这种亮度来自于沃尔夫-拉叶星——一颗蓝色的超巨星和一颗白色的主序星——的组合光。Theta Muscae星系距离我们大约7400光年。

AB7 nebula

AB7是大麦哲伦星云中的一个星云,直径200光年。它的核心是一个双星系统。其中一颗是沃尔夫-拉叶星在12万度的高温下爆炸着周围的空间。通过ESO形象。

质量最大、最明亮的恒星是沃尔夫-拉叶星

但即使是像伽玛2 Velorum这样的恒星与R136a1相比也显得软弱无力,R136a1是已知质量最大的恒星。它位于16.3万光年外的大麦哲伦星云中。事实上,它是R136超级星团的一部分,质量大约是315个太阳的质量。此外,它的亮度是太阳的近900万倍,直径约为太阳的35倍。这颗巨大的恒星闪耀着暗淡的12.23等亮度,需要用望远镜才能看到。

因此,R136a1以及类似的恒星对天文学家来说是一个谜。它们颠覆了我们对恒星形成的认知。一种假设是R136a1不是由氢分子云的坍塌直接形成的,而是两颗大质量恒星碰撞的结果。距离非常近的一对恒星最终可能合并形成一个恒星巨兽。

Size comparison of stars

太阳(黄色)相对于其他恒星的大小左边的小红球是一颗红矮星。在太阳的右边是一颗蓝矮星,大约比太阳重8倍。背景是R136a1,重量相当于315个太阳。你可以沿着它的直径排列35个太阳。图片来自ESO/ M. Kornmesser。

Eta Carinae

船底座Eta距离地球8000光年,是一颗150个太阳质量的恒星,是发生极端恒星爆炸(如超超新星)的主要候选恒星。如果发生这种情况,光线将足够明亮,可以在地球上阅读。这张哈勃太空望远镜拍摄的图像显示,一团团的气体和尘埃以超过100万公里每小时(超过62万英里每小时)的速度被吹向太空。图片来自内森·史密斯(加州大学伯克利分校)/ NASA。

大质量恒星的最终命运

天文学家推测R136a1将如何结束它的生命。一些人认为它是超新星的候选者。一颗普通的超新星会比整个星系还要亮。一颗超超新星爆炸的威力相当于一百颗超新星。这基本上是一颗处于类固醇状态的超新星。

另一种可能性同样耐人寻味。相反,R136a1可能会成为不稳定对超新星。

在这种情况下,大质量恒星的核心是由核反应释放的伽马射线支撑起来的。所以当恒星挤压其核心时,反应会加速,伽马射线会带着更多的能量四处飞行。但过了一定的能量阈值,伽马射线开始与原子核相互作用,产生电子-正电子对。这就减少了伽马射线传播的距离。因此,电子-正电子对相互湮灭,形成另一条伽马射线,再形成另一条,以此类推。因此,伽马射线产生的不是支撑恒星,而是粒子对。

因此,平衡力消失了。恒星坍缩,核心压缩引发了失控的热核爆炸。但不稳定对超新星不会产生中子星或黑洞,而是会导致恒星的完全毁灭。没有留下任何东西。