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银河系深处的定时炸弹:一颗即将引爆的白矮星,地球上将肉眼可见

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白矮星是一种主要由碳和氧构成的天体,它们是中等质量恒星消亡后残留的致密核心,以“电子简并压”平衡自身的引力坍缩。



在孤立状态下,白矮星是稳定的,它们只会慢慢冷却,但如果白矮星能从外界获取到足够多的物质,使自身质量超过“钱德拉塞卡极限”(约1.44倍太阳质量),“电子简并压”就会失效。

在这种情况下,白矮星的温度就会因为引力坍缩而迅速上升,当达到一定程度时,就会点燃碳和氧的核聚变,由于在简并态物质中,热量几乎可以毫无阻碍地传递,因此一旦白矮星内部某个区域的碳氧被点燃,局部产生的高温会迅速扩散,进而造成其邻近区域也发生核聚变。



随着更多区域发生核聚变,白矮星整体温度会不断飙升,而核聚变对温度又极为敏感,温度越高,反应速率会呈指数式增长,所以这种正反馈过程,就会在极短时间内导致整颗白矮星发生极为猛烈的热核爆炸。这种现象,就是所谓的“Ia型超新星”。

实际上,在天箭座方向,距离我们大约1万光年的位置上,就有这样一颗即将引爆的白矮星,堪称是银河系深处的定时炸弹。



这颗白矮星的质量与太阳相当,属于一个被称为“天箭座V”(V Sagittae)的双星系统,它的伴星是一颗主序星,估计质量范围在太阳的0.8至1倍之间。

观测数据表明,“天箭座V”两颗恒星距离非常近,它们围绕共同质心运行的周期仅为大约12.3小时,这使得伴星的外层物质受到白矮星强大引力的潮汐作用,进而导致伴星物质不断溢出,并通过一个称为“洛希瓣”的引力临界面,源源不断地涌向白矮星。

该系统的物质转移的速率被天文学家形容为“前所未见”的水平,由于吸积速率相当快,大量的氢和氦(这是伴星外层的主要物质)已经在白矮星周围形成了一个巨大的吸积盘。



看到这里,可能有人会问了,为什么是白矮星吸积伴星的物质,而不是反过来呢?

答案简单来讲就是,这是因为白矮星的密度非常大(一颗密度与太阳相当的白矮星,体积大概与地球差不多),其引力场束缚自身物质的作用就相当强,与之相比,其伴星(主序星)的密度就小了太多,如此一来,当两者相互接近时,物质就总是会从低密度的伴星向高密度的白矮星转移。

天文学家表示,当两个天体相互绕转时,会以引力波的形式向外辐射能量,这种能量的损失会导致轨道势能下降,双星的距离越近,绕转越快,辐射的引力波越强,进而形成了一种不可逆转的正反馈过程。

对于“天箭座V”而言,除了引力波效应,剧烈的物质转移也在不断改变该系统的角动量分布,这会加速轨道的收缩速度,而当轨道收缩到一定程度时,双星将进入“公共包层”阶段,此时“公共包层”产生的摩擦力还将大量消耗它们轨道能量,导致双星以更快的速度相互接近。



在此过程中,物质转移的速率将会指数级地增加,一旦白矮星的质量超过“钱德拉塞卡极限”,就会发生猛烈的超新星爆发。

根据理论模型的推演,这颗白矮星将在本世纪60年代引爆,届时它在天空中的视星等至少可以达到-7等,以至于在地球上将肉眼可见,成为全人类共同见证的宇宙奇观。

当然了,在天文学中,说这颗白矮星即将引爆一点都不夸张,但对于我们人类来讲,这个时间还是有点漫长。

不过大家也不必太过失望,因为这颗白矮星的吸积盘规模大、密度高,其中的物质会在高速碰撞和摩擦中不断升温,当达到一定程度时,吸积盘里的氢就会发生热失控的核聚变反应,进而发生“新星爆发”。



根据天文学家的预测,这样的爆发可能在未来的几年里就会发生,到那个时候,这颗白矮星的亮度会暴增数十万倍,如果观测条件良好的话,地球上的我们也可以看到它在夜空中闪耀。

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