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揭开高光度蓝变星的神秘面纱!科学家用超级计算机建立了三维模型

2018-09-27 20:13 前瞻网   

 这是一幅模拟快照,漩涡气体包裹着一颗恒星,其质量是太阳的80倍。

来自恒星核心的强烈光线冲击着恒星外部富含氦的区域,向外发射物质,形成壮观的间歇泉状喷发。

单色表示辐射强度,蓝色表示强度较大的区域。半透明的紫色表示气体密度,较浅的颜色表示密度较大的区域。

揭开高光度蓝变星的神秘面纱!科学家用超级计算机建立了三维模型

 (图源:ScienceDaily)

闪耀着一种特殊的蓝色调光泽,在亮度和光谱上都表现出狂野的变化——高光度蓝变星(LBV)是一种相对罕见的恒星,但仍有几分神秘。

随着时间的推移,它的外观往往会剧烈波动,这激起了天体物理学家的好奇心,他们想知道到底是什么过程在起作用。

加州大学圣巴巴拉分校Kavli理论物理研究所(KITP)的研究员Yan-Fei Jiang说:“高光度蓝变星是一颗超大质量、不稳定的恒星。”

他解释说,与我们相对较小、燃烧稳定的太阳不同的是,LBV被证明会燃烧得又亮又热,然后冷却并光亮消退,以至于几乎无法与其他恒星区分开来,最后又重新燃烧起来。

Jiang补充说,由于这些变化,传统的一维模型在解释这些恒星的特殊物理特性方面做得不够。

然而,多亏了阿贡国家实验室的特殊的、数据密集型的超级计算机建模,Jiang和他的同事——Flatiron Institute 的Matteo Cantiello、KITP的Lars Bildsten、加州大学伯克利分校的Eliot Quataert、加州大学圣巴巴拉分校的Omer Blaes和普林斯顿大学的James Stone,已经开发了一个三维的模拟。

它不仅展示了LBV的阶段变化,当它变得越来越明亮,然后爆发,但也描绘了这种行为产生的物理作用力。

该模拟也是由NASA和国家能源研究科学计算中心的计算资源开发的。

研究人员发表在《自然》(Nature)杂志上的论文名为《从氦不透明度的变化中看高光度蓝变星的爆发》(Luminous Blue Variable Outbursts from the Variations of Helium Opacity)。

研究人员特别感兴趣的是这些恒星的质量损失率,与质量较小的恒星相比,其质量损失率相当显著。

Jiang说,了解这些星体是如何失去质量的,可能会让我们更深入地了解它们是如何作为明亮的超新星结束生命的。

在一维模型中从未见过的物理过程中,有超音速湍流运动——这是当恒星为一系列爆发做准备时,从其深包层辐射出的波纹和皱纹。

“在这些爆发期间,这些恒星的表面温度大约为9000开尔文,” Jiang说。也就是15740华氏度或8726摄氏度。

在三维空间中第一次看到的是恒星在爆发之前和爆发期间的巨大膨胀——这是以前一维模型没有捕捉到的现象。

三维模拟表明,正是氦的不透明度决定了观察到的爆发温度。

根据Jiang的说法,在一维恒星演化代码中,氦不透明度——氦原子阻止光子(光)逃逸的程度——在外层空间并不重要,因为外层空间的气体密度太低了。

论文的合著者、KITP主任Lars Bildsten解释说,三维模型表明,“该恒星深处有如此剧烈的对流,导致其上方的物质被推到更大的半径处,使物质来到了氦重组密集得多的位置。”

从恒星的热核逃逸出来的辐射会推动较冷、不透明的外层区域,引发剧烈的爆发,在此期间恒星会失去大量质量。

因此,对流——与形成雷暴云的现象相同——不仅导致了恒星半径的变化,也导致了以恒星风的形式留下的质量的变化。

Jiang说,更多的模拟工作正在进行中,包括相同恒星的模型,但不同的参数,如金属度、旋转和磁场。

“我们正试图了解这些参数将如何影响恒星的性质,” Jiang说。

“我们还在研究不同类型的大质量恒星——所谓的沃尔夫–拉叶星(Wolf-Rayet)——它们也显示出强烈的质量损失。”

简要地说,沃尔夫-拉叶星是大质量恒星(十几到几十个太阳质量)在氢燃烧阶段将其外壳以超星风形式损失掉而暴露出来的星核。该星中央是一个高温的核,常以每秒1000-2000公里的速度不断地向外抛射着物质,在恒星周围形成一个巨大的气壳。

 

责任编辑: 3980SYN

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