1670年6月,天空中出现了一颗明亮的新星。它被法国第戎的加尔都西会修士Père Dom Anthelme神父观测到,天文学家约翰内斯·赫维留斯(Johannes Hevelius)在波兰格但斯克(Gdansk)也做了观测。在接下来的几个月里,它逐渐暗淡至肉眼不可见。然而,1671年3月,它重新出现,此时亮度更高,并跻身天空中最亮的100颗星之列。它再次暗淡,到夏末时已消失不见。随后在1672年,它第三次出现,此时仅能勉强用肉眼看到。几个月后,它再次消失,此后再未被观测到。
这一事件一直显得十分奇特。几个世纪以来,天文学家将其视为已知最古老的新星——一种恒星爆发现象。但这一解释在20世纪变得站不住脚。新星是一种相当常见的现象:当一颗已经熄灭的恒星中的氢被点燃,引发热核失控反应时,便会产生新星。恒星也可能因核心坍缩而以超新星的形式爆发。然而,我们现在知道,这两种情况都不会产生此次事件中所见的那种反复出现的现象。
那么它究竟是什么?我们发表于《英国皇家天文学会月刊》的新研究提供了一个全新的解释。
1982年,美国天文学家Mike Shara在那颗消失恒星的位置发现了一个星云——一团由尘埃、氢、氦及其他气体组成的星际云——此后,这颗恒星被命名为CK Vul。这证明此处确实发生过某些事件。天文学家后来注意到,该星云正在膨胀,且膨胀大约始于300年前。但恒星本身却无法被观测到。
更加奇特的是,天文学家Tomasz Kamiński 发现该星云包含一种极不寻常的元素组合,其中两种同位素(即原子核中中子数与“普通”原子不同的元素)含量非常丰富:一种氮(15N)和放射性铝(26Al)。这两种元素的形成需要极高的温度。无论发生了什么,这都是一次高能事件。
新观测
我们利用智利的ALMA天文台观测了该恒星的位置。。这架外观引人注目的望远镜由64个独立的天线组成,工作于光的微波波段。它尤其擅长探测太空中分子发出的辐射。我们发现,此次事件的碎片表现为两个形似沙漏的尘埃环。这一沙漏嵌套于先前观测到的一个更大的沙漏之中,其自身又包含其他结构,层层嵌套,宛如俄罗斯套娃。
此类沙漏状的瓣状结构表明,中心存在喷流,正将两侧的气泡吹散。但这两个沙漏的倾斜角度略有不同。这表明,原始结构曾在旋转,而这需要一个漫长的过程。无论发生了什么,它都不仅仅是一次单一的爆炸。物质的抛射必定持续了一段时间。
但如果不是爆炸,那又是什么?与恒星爆炸相对的另一种可能,是两颗恒星之间的碰撞。这类事件十分罕见,近年来备受关注。2008年,银河系中心附近捕捉到了一次碰撞。相互碰撞的两颗恒星彼此紧密环绕,最终合并。
在此次事件中,恒星的亮度增加到此前的100倍,随后两年间又逐渐暗淡。类似事件可能曾发生于2000年,当时一颗名为V838 Mon的恒星突然变亮,随后缓慢暗淡。
CK Vul可能是两颗普通恒星合并的结果。但这一解释似乎并不吻合。不过,幸运的是,可能的碰撞类型多种多样,恒星也有许多种类。我们现已推算出,恒星光谱两端的两颗恒星可能产生了天空中所见的这一现象。
主角可能是一颗白矮星,即像太阳这样的恒星走到生命末期后留下的致密残骸。配角则可能是一颗褐矮星,它是介于恒星与行星之间的天体:质量太轻,无法像恒星那样在核心发生通常的氢聚变,但又太重而不能算作行星。其质量为木星的10至80倍。褐矮星可能相当普遍,但因其极其暗淡而难以发现。
白矮星与褐矮星的碰撞将极为壮观。褐矮星会被质量大得多、密度也更高的白矮星撕裂。被撕碎的部分物质会落向白矮星,并为热核反应提供燃料。褐矮星的其余部分则会被爆发产生的碎片裹挟而去。
与普通恒星不同,白矮星可以极其暗淡,在合并和热核爆炸之后,最终会恢复到这一亮度。残留的尘埃壳层也可能起到了作用,使其不透明于可见光。普通恒星之间的合并则会留下一颗光度正常的恒星,即便被遮蔽,仍可能在红外波段被观测到。
事情果真如此发生吗?我们建立了一个合理的模型,但若要获得确凿证据,还需进一步检验。例如,这次碰撞是否能提供形成放射性铝所需的条件?未来的观测可以细致研究沙漏结构最内层区域的细节,以查明真相。
我们的发现首次探测到了白矮星与褐矮星之间的碰撞。一旦得到证实,我们便可以用它来寻找其他类似事件。天文学是一场探险:物理学与发现的精彩融合。我们仍在学习之中。




