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深空炸弹!“垂死”白矮星蜕变为超新星时,可能会像核弹一样爆炸

2021-04-19 16:48 前瞻网   

 

一项新的研究发现,当“垂死”的白矮星成为超新星时,它可能会像地球上的核武器一样爆炸,就像在太空安装了一颗颗的“定时炸弹”。

白矮星是在平均大小的恒星耗尽了它们的燃料并脱落了它们的外层后遗留下来的死亡恒星的暗淡、褪色、地球大小的核心。比如,太阳也总有一天会变成白矮星,银河系中90%以上的恒星都会变成白矮星。

深空炸弹!“垂死”白矮星蜕变为超新星时,可能会像核弹一样爆炸

此前的研究发现,白矮星可以在被称为Ia型超新星的核爆炸中“死亡”。究竟是什么引发了这些爆炸还不得而知,但之前的研究表明,当白矮星从双星伴星获得额外“燃料”时,可能会发生爆炸,原因可能是碰撞。

而现在,研究人员提出了一种Ia型超新星可能发生的新方式——白矮星可能像核武器一样爆炸。

当一颗白矮星冷却时,铀和其他被称为锕的重放射性元素,会在其内核中结晶。这些元素的原子偶尔会自发地发生核裂变,分裂成更小的碎片。这些放射性衰变的例子可以释放能量和亚原子粒子——比如中子,它可以分解附近的原子。

如果白矮星内核中的锕系元素数量超过临界质量,就会引发爆炸性的、失控的核裂变连锁反应。这种爆发可以触发核聚变,原子核发生聚变,产生巨大的能量。正是以类似的方式,氢弹使用核裂变连锁反应来引爆了核聚变爆炸。

这项新研究的计算和计算机模拟发现,临界质量的铀确实可以从通常在冷却的白矮星中发现的元素混合物中结晶出来。如果这种铀由于核裂变连锁反应而爆炸,科学家们发现,在白矮星的核心产生的热量和压力足以触发较轻元素的聚变,如碳和氧,从而形成超新星。

“建造和引爆原子弹的条件似乎非常困难——我很惊讶,在一颗密度非常高的白矮星内部,这些条件却可以通过一种自然的方式得到满足,”研究合著者、印第安纳大学核天体物理学家查尔斯·霍洛维茨(Charles Horowitz)表示。如果这是真的,这就提供了一种非常新的方式来思考热核超新星,或许还有其他天体物理爆炸。”

具体来说,这些新发现可能解释了在白矮星形成后10亿年内诞生的Ia型超新星,因为它们的铀还没有全部放射性衰变。霍洛维茨说,对于较“老”的白矮星,Ia型超新星可能是通过两颗白矮星合并而形成的。

未来的研究可能包括运行计算机模拟来确定白矮星中的裂变链反应是否会引发核聚变,以及这是如何发生的。“在爆炸过程中有许多不同的物理过程,因此有许多可能的不确定性。”Horowitz表示。这项工作也揭示了探测是否有Ia型超新星发生的方法。

霍洛维茨和伊利诺斯州立大学的理论物理学家Matt Caplan在近日的《物理评论快报》(Physical Review Letters.)杂志上详细描述了他们的发现。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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