宇宙中最亮，最古怪恒星是什么？

【博科園-科學科普（存眷“博科園”看更多）】當科學家用最壯大的千里鏡不雅察宇宙時，經常想到遙遠星系處于人類可以感知的天體物理極限。就平均而言，每個星系都稀有千億顆恒星，而每顆恒星都有本身并世無雙的汗青。但若是想領會恒星在那邊的環境，就得近距離不雅察。

圖注：圖展示的極高激發星云由一個極其罕有的雙星系統供給能量的：一顆Wolf-Rayet恒星環繞O型星扭轉。來自Wolf-Rayet中間當作員的恒星風的強度與太陽系恒星的太陽風強度半斤八兩，在1000萬到10億倍之間，而且在12萬度的溫度下發光。（綠色超新星遺跡偏離中間是不相關的）如許的系統估量最多只能代表宇宙中0.00003％的恒星。圖片版權：ESO

只有在我們本身相對較近的宇宙后院里，銀河系和其他星系中不跨越幾百萬光年之外，才能具體地解決單個恒星的問題。因為像Hipparcos，Pan-STARRS和Gaia使命如許的年夜量研究調查，現已經可以或許測量和分類數以百萬計的恒星。當科學家們看到所發現的工具時，其年夜大都都有一些配合點，除此之外還有一些異常值。

圖注：（現代的）Morgan-Keenan光譜分類系統，其上面顯示的每個星級的溫度規模以開爾文為單元。今天絕年夜大都（75％）的恒星都是M級明星，只有1 / 800的超等星足夠年夜。然而像O星一樣熱的并不是整個宇宙中最炙熱的恒星，有一些特別的是所有最罕見的恒星之一。圖片信息及版權：Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel

凡是環境下無論何時形當作恒星，都是由氣體分子云的解體引起的。云碎片形當作各類各樣的恒星：年夜量的低質量恒星，較少數目的高質量恒星，若是氣體云足夠年夜，則可能更小但可能有半斤八兩數目的年夜質量恒星。所有的恒星城市將氫融合當作氦，這就是恒星若何締造出能量的核能。凡是科學家將如許的恒星分當作七個分歧的類別，此中M級是最小最紅最冷的，而O級是最年夜最藍最熱的恒星。

圖注：我們地點的本超星系團中最年夜的新生恒星群R136包含今朝發現的最重的恒星：跨越250倍太陽質量的最年夜值。在接下來的1- 200萬年里，可能會有年夜量的超新星來自這個區域的天空。圖片信息及版權：NASA, ESA, and F. Paresce, INAF-IASF, Bologna, R. O'Connell, University of Virginia, Charlottesville, and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee

若是這就是宇宙所擁有這些類型恒星是孤立的，那么就知道是若何演化的。單個的恒星會從所形當作的分子云變得盡可能年夜，元素冷卻，從引力坍縮升溫，直到聚變發生內部過程的輻射壓力達到了上限，然后：

1、質量最低的m級恒星為太陽質量的40%，會慢慢地將氫燃燒當作氦，最終經由過程縮短釀成氦白矮星而滅亡

2、B級恒星的中級K級恒星為太陽質量的約40％至800％，將氫燃燒當作氦后加熱使氦融入碳，當作為紅色巨星，陪伴著碳最后死于行星狀星云中/氧白矮星。

3、而最高質量的恒星，包羅最重的B級和O級恒星，將超越氦氣融合的階段，如碳燃燒，氧氣燃燒，一向到硅燃燒，最后導致超新星爆炸，要么是中子星，要么是黑洞。

至少這是今朝所知道的典型恒星演化圖。

圖注：來自哈勃千里鏡的可見光/近紅外照片顯示出一顆年夜質量恒星，約為太陽質量的25倍，但它已經消逝，然而沒有形當作超新星，也沒有其他。直接解體形當作黑洞是獨一合理的候選詮釋。圖片信息及版權：NASA/ESA/C. Kochanek (OSU)

但還有一些怪僻的。有超年夜質量的恒星直接坍縮當作黑洞，沒有超新星。有一些恒星很是熱，它們在內部自覺發生電子/正電子對，導致形當作一種特別的超新星。

圖注：這幅圖詮釋了天文學家認為觸發超新星事務，稱為SN 2006gy的超超新星過程。當發生足夠高能量的光子時將發生電子/正電子對，引起壓力下降和掉控反映，從而粉碎恒星。圖片版權：NASA/CXC/M. Weiss

雙星系統中從伴星身上竊取了年夜量的物質，有時從一顆巨星上吸走了年夜量的氫。在一個還在世的巨星中間恒星應該有一個坍縮的物體，被稱為thornezytkow物體。有些年青的恒星星表示出很是罕有的刺眼發光行為，好比像赫年夜哈羅天體或沃爾夫-雷特恒星。

圖注：環繞著Wolf-Rayet恒星WR124的狠惡的恒星風締造了一個令人難以置信的星云，被稱為M1-67。這些恒星如斯動蕩，以至于它們的噴出物跨越了很多光年，噴出的氣體重量是地球的很多倍。圖片信息及版權：Hubble Legacy Archive, NASA, ESA; Processing: Judy Schmidt

尚未獲得證實的是：有些恒星完滿是由純粹由氫和氦構成的原始氣體云構成的：宇宙中的第一顆恒星。來自這個時代的恒星可能會達到1000倍太陽質量，而且但愿可以或許由詹姆斯韋伯太空千里鏡揭示出來，詹姆斯韋伯太空千里鏡的構建部門是從早期階段起頭破譯宇宙的奧秘。

圖注：遙遠星系CR7的插圖，2016年它被發現可以容納有史以來最好的候選星，這些候選星是由來自豪爆炸的原始材料形當作的原始恒星群。發現的星系之一絕對是恒星，另一個可能還沒有形當作。圖片版權：M. Kornmesser / ESO

那么到今朝為止我們知道什么？我們期望在不久的未來能發現這些奇異的天體呢？下面埃米莉列維斯克在太空研究所《宇宙中最怪異的物體》上的公開講座，也許是有史以來的第一次，使人處于一種怪異的狀況。

圖注：19宿世紀的“超新星爆炸”激發了一場龐大的噴發，將很多太陽的物質從埃塔·卡林尼(Eta Carinae)噴射到星際物質中。像太陽如許高質量的恒星，就像銀河系一樣以一種在較小低金屬的星系中恒星的體例噴射出年夜量的質量。圖片信息及版權：Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA

例如我們是否漫談論超年夜質量恒星在生命的絕頂發生的事務？是否會碰著可能很是罕有的奇異工作，如掉敗的超新星（上圖）？

圖注：宇宙可能看起來像什么樣的概念圖，因為這是宇宙形當作第一顆恒星的時辰。固然還沒有直接的圖片，但射電天文學的新間接證據表白，當宇宙春秋在一億八萬萬到兩億六萬萬年之間時，這些恒星的存在就會呈現。圖片信息及版權：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

仍是會更專注于宇宙中的第一顆恒星：正在盡力但但愿發現的那種，那些由原始元素構成的星體？還不知道良多關于恒星的工作，包羅分歧階段若何形當作。

圖注：太陽質量的恒星在H-R圖上的演化，從本家兒序階段到融合竣事，每個質量的恒星城市遵循分歧的曲線。圖片信息及版權：Wikimedia Commons user Szczureq

也許漫談論恒星潛在生射中短暫的，是以又八怪七喇的階段？不是冒名頂替者，它是掉敗的超新星（未能當作功形當作超新星）！

圖注：哈勃太空千里鏡拍攝的蟹狀星云光學復合/鑲嵌圖。分歧的顏色對應分歧的元素，并顯示氫，氧，硅等的存在，所有這些都是按質量分布的。圖片信息及版權：NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

年夜部門見過或傳聞過的“奇異”物體，好比螃蟹超新星遺跡

圖注：聞名恒星的顏色星圖，最亮的紅巨星參宿四在右上角。圖片版權：歐洲南邊天文臺

一般環境下，恒星是若何運作的，當處于本家兒要序列時會燃燒燃料，當在焦點燃燒足夠的燃料并耗盡氫時，那就是進入紅色巨星或超等巨星階段......而這恰是樂趣起頭的處所。

圖注：今天的太陽和巨星比擬長短常小的，可是在它的紅巨星階段，體積會增年夜到年夜角星的巨細。像Antares如許龐大的超等巨人將永遠無法超越太陽。圖片信息及版權：English Wikipedia author Sakurambo

確實如斯：當釀成如許的恒星時，和此刻的太陽變得很是分歧。但這并不料味著真的很“奇異”......這意味著正在從命恒星演化的正常階段紀律。從正常化的角度來看，這只是奇異的。現實上“正常”是多種多樣的，在認為不正常的時刻：有很多正常的環境。

圖注：歐米茄星云也被稱為梅西耶17，它是一個強烈而活躍的恒星形當作區域，從邊緣看，這就詮釋了它的塵埃和光束般的外不雅。圖片信息及版權：ESO / VST survey

恒星和恒星演化的有趣之處在于這些很是龐大的恒星，即當作為紅巨星的恒星，現實上是所有恒星的最短折命。發現它們甚至在恒星形當作的區域，因為它們在其焦點的氫燃猜中燃燒得如斯之快，當它們膨脹時會冷卻，如斯猛烈以至于它們能在外年夜氣層中形當作不變的分子(如二氧化鈦)。

圖注：所有恒星中最熱的o型星在很多環境下現實上都有較弱的接收線，因為概況溫度足夠年夜，以至于它概況的年夜部門原子的能量都太年夜了，以至于無法顯示出接收的特征原子躍遷。圖片信息及版權：NOAO/AURA/NSF, modified by E. Siegel

有趣的是這些恒星年夜氣很是年夜“很是風涼”，在邊緣形當作的分子可以接收藍光，優先將這些恒星的擬合溫度轉換為太低的值：理論上太冷的恒星不存在。這是一個有趣的研究，若是不克不及詮釋所有的物理效應，包羅奇異的是恒星概況的分子，那得加油了！

圖注：這是一顆龐大的恒星在其生命周期內的剖解布局，當焦點耗盡核燃料時，它最終形當作了II型超新星。核聚變的最后階段是硅燃燒，在超新星爆發前的短臨時間內，在焦點中發生鐵和鐵元素。圖片信息及版權：Nicole Rager Fuller/NSF

若何履歷恒星演化，然后釀成超新星呢？為了阻止恒星抵當重力解體，必需融合元素：輻射標的目的外推力抵當重力。當用盡氫融合，輻射起頭掉去，并激發重力解體，這意味著當被壓縮時會變熱，若是有足夠的質量，可以快速升溫，起頭聚變氦。繼續下去：將氦與碳，碳融合當作氧氣......一向到制造鐵，鎳和鈷。然后終于要死了。這很快：固然這些分歧階段的燃燒持續時候從幾天（如硅）到數千年（用于碳/氧）到數十萬（用于氦氣）...但超新星會在幾秒鐘內發生。

圖注：恒星V838 Monocerotis的噴發。圖片信息及版權：NASA, ESA and H.E. Bond (STScI

但不是所有工作都像你想象的那樣順遂，艾米莉此刻告訴我們關于發光的藍色變量，在生命的晚期階段就會拋出噴射物。這是一個有趣的過程，并沒有完全被理解：為什么有些恒星（凡是是那些擁有更多重元素的恒星）會如許，而另一些卻沒有？這種開放性的問題是天文學和天體物理學的一部門，盡管我們都知道，它離終點還遠著呢！

圖注：中子星是宇宙中最密集的物質之一，但它們的質量有一個上限。跨越上限，中子星將進一步坍縮形當作黑洞。圖片信息及版權：ESO/Luís Cal?ada

像如許的公家演講的難點在于，當你對事物或現象進行研究調查時不成能深切到任何工作的深處。艾米莉談到了中子星，出格是那些脈沖星，但后來直接進入黑洞。為什么？因為若是你想涵蓋所有內容，就不克不及花太多時候談論任何一件工作。是以會有良多問題在腦海里閃現，然后在進入下一個本家兒題時就會迷掉偏向。

圖注：宇宙中一個很是高能量過程的例證：伽馬射線爆發。圖片信息及版權：NASA / D. Berry

人們起頭不雅測，年夜的/主要的千里鏡就會指標的目的想要探測的工具。這些后續的不雅測，跨越分歧的波長供給了年夜量的數據。數據而不是一個標致的圖片，告訴你有趣的物理/天體物理學和天文學。

圖注：位于距離1.3億光年的銀河NGC 4993之前曾多次當作像。但在2017年8月17日檢測到引力波后，發現了一種新的瞬態光源：中子星與中子星歸并的光學對應物。圖片信息及版權：P.K. Blanchard / E. Berger / Pan-STARRS / DECam

這是過程中至關主要的部門：小心并確保看到所認為看到的是什么。科學并不老是以第一或最快的速度呈現，或者把所有的工具放在一路；這是關于盡可能地進修，并最終獲得準確的成果。這就是我們若何將引力波天文學，伽瑪射線天文學以及70多個天文臺的多波長跟蹤連系起來。

圖注：室女座引力波探測器的鳥瞰圖，位于比薩（意年夜利）四周的Cascina。室女座是一個巨型邁克爾遜激光干與儀，其臂長為3公里，并彌補了雙4公里LIGO探測器。圖片信息及版權：Nicola Baldocchi / Virgo Collaboration

談論引力波天文學是何等令人興奮。沒錯有一次純粹是在物理學范疇，然后是天體物理學，這讓天文學家們認為這是真正的天文學。這不僅僅是物理學，而不是天文學家不再需要千里鏡來做天文學了！很主要的一點是這些敏感的、短暫的事務，這些事務很快就發生了，就像時域天文學一樣。換句話說，那時間是至關主要的時辰，你必需要去看，因為若是沒有抓住機遇去獲取那些數據，就會錯過它！

圖注：圖像右側可見的太陽耀斑發生在磁場線割裂并從頭毗連時，比現有理論展望的要快得多。圖片信息及版權：NASA

同樣主要的是，要熟悉到有時會呈現誤報。例如鉀耀星，誰看到星星閃灼并披發出鉀的特征？謎底是一個千里鏡在法國，而沒有其他的。這不是因為恒星中的鉀，而是因為探測器室內有鉀。可是......事實證實，可能有真正的鉀耀星，因為不抽煙者不雅察到近似的特征。

若是你沒有考慮到某個來歷造當作的影響，那么很輕易棍騙到本身，但這并不料味著看到的結果現實上并不真實！例如在帕克斯無線電臺，在午餐時候利用微波爐，并打開門，引起無線電波短暫的閃光，使人們認為他們看到了一個快速的無線電爆炸，但不是的，這是微波爐。然而......快速的射頻爆發是真實的，此刻對它們有了更多的領會，而且看到了一堆！

這里有一個有趣的設法：若是有一個雙星系統，兩者都很年夜而且會超新星會發生什么？那么一個會先走，也許會發生一顆中子星，若是他們進入并融合會發生什么？中子星將沉入焦點，所以會獲得一顆紅色超巨星（最終）的焦點是一顆中子星。這就是Thorne-Zyktow的一個對象，它可以很是明白地展望將在概況不雅察到什么！

圖注：這是一個thornezyktow的方針應該做的工作，此中70分之一的不雅測紅超巨星顯示出所期望的光譜特征。圖片信息及版權：Screenshot from Emily Levesque's Perimeter Institute lecture

有趣的是，這是核物理、熱物理和化學的連系……當一個原子核接觸到中子星的概況時只逗留在那邊年夜約10毫秒，而且會發生一個我們在其他處所看不到的化學旌旗燈號。可以在少少數的紅巨星中發現這種奇異的，展望的化學特征。必需確保沒有其他模擬的預期的結果，即使不雅察完全合適理論，也需要從多個對象和多條證據中獲得確認。科學家的工作體例就是如許：必需壓服性地說服本身，而不是可能的說服力。

圖注：超新星遺跡1987a位于年夜麥哲倫云年夜約165000光年遠。事實上中微子在第一個光旌旗燈號呈現幾個小時之前就已經告訴了我們更多關于光經由過程恒星的超新星層傳布的持續時候的事實，而不是關于速度中微子行進的速度，這與光速無法區分。光和引力波似乎都以不異的速度傳布。圖片信息及版權：Noel Carboni & the ESA/ESO/NASA Photoshop FITS Liberator

恒星天文學家有一個很年夜的期望：在有生之年的某一天有一顆超新星，可以用肉眼不雅察到的超新星。自1604年以來還沒有一個來自地球的人見過......但可以隨時獲得一個，若是你認為月食是壯不雅的......想象一下這將是什么樣子！

圖注：一些怪僻的天體......此中很多是插圖或模擬，但此中一些是現實的照片（螃蟹星云（超新星遺跡）是真實的）（Eta carina是一個發光的藍色變量（真實）四周的彈射星云）（雙星的此中一顆是中子星增生物質（插圖））（伽馬射線爆發（插圖）（Thorne-Zyktow對象（模擬））。圖片信息及版權：E. Levesque / Perimeter

常識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Emily gave a public lecture

作者：Ethan Siegel（天體物理學家）

內容：經“博科園”鑒定合適今本家兒流科學

來自：Forbes Science

編譯：令郎宿世無雙

審校：博科園

解答：本文常識疑問可于評論區留言

傳布：博科園