宇宙中最亮，最古怪恒星是什么？

【博科园-科学科普（存眷“博科园”看更多）】当科学家用最壮大的千里镜不雅察宇宙时，经常想到遥远星系处于人类可以感知的天体物理极限。就平均而言，每个星系都稀有千亿颗恒星，而每颗恒星都有本身并世无双的汗青。但若是想领会恒星在那边的环境，就得近距离不雅察。

图注：图展示的极高激发星云由一个极其罕有的双星系统供给能量的：一颗Wolf-Rayet恒星环绕O型星扭转。来自Wolf-Rayet中间当作员的恒星风的强度与太阳系恒星的太阳风强度半斤八两，在1000万到10亿倍之间，而且在12万度的温度下发光。（绿色超新星遗迹偏离中间是不相关的）如许的系统估量最多只能代表宇宙中0.00003％的恒星。图片版权：ESO

只有在我们本身相对较近的宇宙后院里，银河系和其他星系中不跨越几百万光年之外，才能具体地解决单个恒星的问题。因为像Hipparcos，Pan-STARRS和Gaia使命如许的年夜量研究调查，现已经可以或许测量和分类数以百万计的恒星。当科学家们看到所发现的工具时，其年夜大都都有一些配合点，除此之外还有一些异常值。

图注：（现代的）Morgan-Keenan光谱分类系统，其上面显示的每个星级的温度规模以开尔文为单元。今天绝年夜大都（75％）的恒星都是M级明星，只有1 / 800的超等星足够年夜。然而像O星一样热的并不是整个宇宙中最炙热的恒星， 有一些特别的是所有最罕见的恒星之一。图片信息及版权：Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel

凡是环境下无论何时形当作恒星，都是由气体分子云的解体引起的。云碎片形当作各类各样的恒星：年夜量的低质量恒星，较少数目的高质量恒星，若是气体云足够年夜，则可能更小但可能有半斤八两数目的年夜质量恒星。所有的恒星城市将氢融合当作氦，这就是恒星若何缔造出能量的核能。凡是科学家将如许的恒星分当作七个分歧的类别，此中M级是最小最红最冷的，而O级是最年夜最蓝最热的恒星。

图注：我们地点的本超星系团中最年夜的新生恒星群R136包含今朝发现的最重的恒星：跨越250倍太阳质量的最年夜值。在接下来的1- 200万年里，可能会有年夜量的超新星来自这个区域的天空。图片信息及版权：NASA, ESA, and F. Paresce, INAF-IASF, Bologna, R. O'Connell, University of Virginia, Charlottesville, and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee

若是这就是宇宙所拥有这些类型恒星是孤立的，那么就知道是若何演化的。单个的恒星会从所形当作的分子云变得尽可能年夜，元素冷却，从引力坍缩升温，直到聚变发生内部过程的辐射压力达到了上限，然后：

1、质量最低的m级恒星为太阳质量的40%，会慢慢地将氢燃烧当作氦，最终经由过程缩短酿成氦白矮星而灭亡

2、B级恒星的中级K级恒星为太阳质量的约40％至800％，将氢燃烧当作氦后加热使氦融入碳，当作为红色巨星，陪伴着碳最后死于行星状星云中/氧白矮星。

3、而最高质量的恒星，包罗最重的B级和O级恒星，将超越氦气融合的阶段，如碳燃烧，氧气燃烧，一向到硅燃烧，最后导致超新星爆炸，要么是中子星，要么是黑洞。

至少这是今朝所知道的典型恒星演化图。

图注：来自哈勃千里镜的可见光/近红外照片显示出一颗年夜质量恒星，约为太阳质量的25倍，但它已经消逝，然而没有形当作超新星，也没有其他。直接解体形当作黑洞是独一合理的候选诠释。图片信息及版权：NASA/ESA/C. Kochanek (OSU)

但还有一些怪僻的。有超年夜质量的恒星直接坍缩当作黑洞，没有超新星。有一些恒星很是热，它们在内部自觉发生电子/正电子对，导致形当作一种特别的超新星。

图注：这幅图诠释了天文学家认为触发超新星事务，称为SN 2006gy的超超新星过程。当发生足够高能量的光子时将发生电子/正电子对，引起压力下降和掉控反映，从而粉碎恒星。图片版权：NASA/CXC/M. Weiss

双星系统中从伴星身上窃取了年夜量的物质，有时从一颗巨星上吸走了年夜量的氢。在一个还在世的巨星中间恒星应该有一个坍缩的物体，被称为thornezytkow物体。有些年青的恒星星表示出很是罕有的刺眼发光行为，好比像赫年夜哈罗天体或沃尔夫-雷特恒星。

图注：环绕着Wolf-Rayet恒星WR124的狠恶的恒星风缔造了一个令人难以置信的星云，被称为M1-67。这些恒星如斯动荡，以至于它们的喷出物跨越了很多光年，喷出的气体重量是地球的很多倍。图片信息及版权：Hubble Legacy Archive, NASA, ESA; Processing: Judy Schmidt

尚未获得证实的是：有些恒星完满是由纯粹由氢和氦构成的原始气体云构成的：宇宙中的第一颗恒星。来自这个时代的恒星可能会达到1000倍太阳质量，而且但愿可以或许由詹姆斯韦伯太空千里镜揭示出来，詹姆斯韦伯太空千里镜的构建部门是从早期阶段起头破译宇宙的奥秘。

图注：遥远星系CR7的插图，2016年它被发现可以容纳有史以来最好的候选星，这些候选星是由来自豪爆炸的原始材料形当作的原始恒星群。发现的星系之一绝对是恒星，另一个可能还没有形当作。图片版权：M. Kornmesser / ESO

那么到今朝为止我们知道什么？我们期望在不久的未来能发现这些奇异的天体呢？下面埃米莉列维斯克在太空研究所《宇宙中最怪异的物体》上的公开讲座，也许是有史以来的第一次，使人处于一种怪异的状况。

图注：19宿世纪的“超新星爆炸”激发了一场庞大的喷发，将很多太阳的物质从埃塔·卡林尼(Eta Carinae)喷射到星际物质中。像太阳如许高质量的恒星，就像银河系一样以一种在较小低金属的星系中恒星的体例喷射出年夜量的质量。图片信息及版权：Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA

例如我们是否漫谈论超年夜质量恒星在生命的绝顶发生的事务？是否会碰着可能很是罕有的奇异工作，如掉败的超新星（上图）？

图注：宇宙可能看起来像什么样的概念图，因为这是宇宙形当作第一颗恒星的时辰。固然还没有直接的图片，但射电天文学的新间接证据表白，当宇宙春秋在一亿八万万到两亿六万万年之间时，这些恒星的存在就会呈现。图片信息及版权：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

仍是会更专注于宇宙中的第一颗恒星：正在尽力但但愿发现的那种，那些由原始元素构成的星体？还不知道良多关于恒星的工作，包罗分歧阶段若何形当作。

图注：太阳质量的恒星在H-R图上的演化，从本家儿序阶段到融合竣事，每个质量的恒星城市遵循分歧的曲线。图片信息及版权：Wikimedia Commons user Szczureq

也许漫谈论恒星潜在生射中短暂的，是以又八怪七喇的阶段？不是冒名顶替者，它是掉败的超新星（未能当作功形当作超新星）！

图注：哈勃太空千里镜拍摄的蟹状星云光学复合/镶嵌图。分歧的颜色对应分歧的元素，并显示氢，氧，硅等的存在，所有这些都是按质量分布的。图片信息及版权：NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

年夜部门见过或传闻过的“奇异”物体，好比螃蟹超新星遗迹

图注：闻名恒星的颜色星图，最亮的红巨星参宿四在右上角。图片版权：欧洲南边天文台

一般环境下，恒星是若何运作的，当处于本家儿要序列时会燃烧燃料，当在焦点燃烧足够的燃料并耗尽氢时，那就是进入红色巨星或超等巨星阶段......而这恰是乐趣起头的处所。

图注：今天的太阳和巨星比拟长短常小的，可是在它的红巨星阶段，体积会增年夜到年夜角星的巨细。像Antares如许庞大的超等巨人将永远无法超越太阳。图片信息及版权：English Wikipedia author Sakurambo

确实如斯：当酿成如许的恒星时，和此刻的太阳变得很是分歧。但这并不料味着真的很“奇异”......这意味着正在从命恒星演化的正常阶段纪律。从正常化的角度来看，这只是奇异的。现实上“正常”是多种多样的，在认为不正常的时刻：有很多正常的环境。

图注：欧米茄星云也被称为梅西耶17，它是一个强烈而活跃的恒星形当作区域，从边缘看，这就诠释了它的尘埃和光束般的外不雅。图片信息及版权：ESO / VST survey

恒星和恒星演化的有趣之处在于这些很是庞大的恒星，即当作为红巨星的恒星，现实上是所有恒星的最短折命。发现它们甚至在恒星形当作的区域，因为它们在其焦点的氢燃猜中燃烧得如斯之快，当它们膨胀时会冷却，如斯猛烈以至于它们能在外年夜气层中形当作不变的分子(如二氧化钛)。

图注：所有恒星中最热的o型星在很多环境下现实上都有较弱的接收线，因为概况温度足够年夜，以至于它概况的年夜部门原子的能量都太年夜了，以至于无法显示出接收的特征原子跃迁。图片信息及版权：NOAO/AURA/NSF, modified by E. Siegel

有趣的是这些恒星年夜气很是年夜“很是风凉”，在边缘形当作的分子可以接收蓝光，优先将这些恒星的拟合温度转换为太低的值：理论上太冷的恒星不存在。这是一个有趣的研究，若是不克不及诠释所有的物理效应，包罗奇异的是恒星概况的分子，那得加油了！

图注：这是一颗庞大的恒星在其生命周期内的剖解布局，当焦点耗尽核燃料时，它最终形当作了II型超新星。核聚变的最后阶段是硅燃烧，在超新星爆发前的短临时间内，在焦点中发生铁和铁元素。图片信息及版权：Nicole Rager Fuller/NSF

若何履历恒星演化，然后酿成超新星呢？为了阻止恒星抵当重力解体，必需融合元素：辐射标的目的外推力抵当重力。当用尽氢融合，辐射起头掉去，并激发重力解体，这意味着当被压缩时会变热，若是有足够的质量，可以快速升温，起头聚变氦。继续下去：将氦与碳，碳融合当作氧气......一向到制造铁，镍和钴。然后终于要死了。这很快：固然这些分歧阶段的燃烧持续时候从几天（如硅）到数千年（用于碳/氧）到数十万（用于氦气）...但超新星会在几秒钟内发生。

图注：恒星V838 Monocerotis的喷发。图片信息及版权：NASA, ESA and H.E. Bond (STScI

但不是所有工作都像你想象的那样顺遂，艾米莉此刻告诉我们关于发光的蓝色变量，在生命的晚期阶段就会抛出喷射物。这是一个有趣的过程，并没有完全被理解：为什么有些恒星（凡是是那些拥有更多重元素的恒星）会如许，而另一些却没有？这种开放性的问题是天文学和天体物理学的一部门，尽管我们都知道，它离终点还远着呢！

图注：中子星是宇宙中最密集的物质之一，但它们的质量有一个上限。跨越上限，中子星将进一步坍缩形当作黑洞。图片信息及版权：ESO/Luís Cal?ada

像如许的公家演讲的难点在于，当你对事物或现象进行研究调查时不成能深切到任何工作的深处。艾米莉谈到了中子星，出格是那些脉冲星，但后来直接进入黑洞。为什么？因为若是你想涵盖所有内容，就不克不及花太多时候谈论任何一件工作。是以会有良多问题在脑海里闪现，然后在进入下一个本家儿题时就会迷掉偏向。

图注：宇宙中一个很是高能量过程的例证：伽马射线爆发。图片信息及版权：NASA / D. Berry

人们起头不雅测，年夜的/主要的千里镜就会指标的目的想要探测的工具。这些后续的不雅测，跨越分歧的波长供给了年夜量的数据。数据而不是一个标致的图片，告诉你有趣的物理/天体物理学和天文学。

图注：位于距离1.3亿光年的银河NGC 4993之前曾多次当作像。但在2017年8月17日检测到引力波后，发现了一种新的瞬态光源：中子星与中子星归并的光学对应物。图片信息及版权：P.K. Blanchard / E. Berger / Pan-STARRS / DECam

这是过程中至关主要的部门：小心并确保看到所认为看到的是什么。科学并不老是以第一或最快的速度呈现，或者把所有的工具放在一路；这是关于尽可能地进修，并最终获得准确的成果。这就是我们若何将引力波天文学，伽玛射线天文学以及70多个天文台的多波长跟踪连系起来。

图注：室女座引力波探测器的鸟瞰图，位于比萨（意年夜利）四周的Cascina。室女座是一个巨型迈克尔逊激光干与仪，其臂长为3公里，并弥补了双4公里LIGO探测器。图片信息及版权：Nicola Baldocchi / Virgo Collaboration

谈论引力波天文学是何等令人兴奋。没错有一次纯粹是在物理学范畴，然后是天体物理学，这让天文学家们认为这是真正的天文学。这不仅仅是物理学，而不是天文学家不再需要千里镜来做天文学了！很主要的一点是这些敏感的、短暂的事务，这些事务很快就发生了，就像时域天文学一样。换句话说，那时间是至关主要的时辰，你必需要去看，因为若是没有抓住机遇去获取那些数据，就会错过它！

图注：图像右侧可见的太阳耀斑发生在磁场线割裂并从头毗连时，比现有理论展望的要快得多。图片信息及版权：NASA

同样主要的是，要熟悉到有时会呈现误报。例如钾耀星，谁看到星星闪灼并披发出钾的特征？谜底是一个千里镜在法国，而没有其他的。这不是因为恒星中的钾，而是因为探测器室内有钾。可是......事实证实，可能有真正的钾耀星，因为不抽烟者不雅察到近似的特征。

若是你没有考虑到某个来历造当作的影响，那么很轻易棍骗到本身，但这并不料味着看到的结果现实上并不真实！例如在帕克斯无线电台，在午餐时候利用微波炉，并打开门，引起无线电波短暂的闪光，使人们认为他们看到了一个快速的无线电爆炸，但不是的，这是微波炉。然而......快速的射频爆发是真实的，此刻对它们有了更多的领会，而且看到了一堆！

这里有一个有趣的设法：若是有一个双星系统，两者都很年夜而且会超新星会发生什么？那么一个会先走，也许会发生一颗中子星，若是他们进入并融合会发生什么？中子星将沉入焦点，所以会获得一颗红色超巨星（最终）的焦点是一颗中子星。这就是Thorne-Zyktow的一个对象，它可以很是明白地展望将在概况不雅察到什么！

图注：这是一个thornezyktow的方针应该做的工作，此中70分之一的不雅测红超巨星显示出所期望的光谱特征。图片信息及版权：Screenshot from Emily Levesque's Perimeter Institute lecture

有趣的是，这是核物理、热物理和化学的连系……当一个原子核接触到中子星的概况时只逗留在那边年夜约10毫秒，而且会发生一个我们在其他处所看不到的化学旌旗灯号。可以在少少数的红巨星中发现这种奇异的，展望的化学特征。必需确保没有其他模拟的预期的结果，即使不雅察完全合适理论，也需要从多个对象和多条证据中获得确认。科学家的工作体例就是如许：必需压服性地说服本身，而不是可能的说服力。

图注：超新星遗迹1987a位于年夜麦哲伦云年夜约165000光年远。事实上中微子在第一个光旌旗灯号呈现几个小时之前就已经告诉了我们更多关于光经由过程恒星的超新星层传布的持续时候的事实，而不是关于速度中微子行进的速度，这与光速无法区分。光和引力波似乎都以不异的速度传布。图片信息及版权：Noel Carboni & the ESA/ESO/NASA Photoshop FITS Liberator

恒星天文学家有一个很年夜的期望：在有生之年的某一天有一颗超新星，可以用肉眼不雅察到的超新星。自1604年以来还没有一个来自地球的人见过......但可以随时获得一个，若是你认为月食是壮不雅的......想象一下这将是什么样子！

图注：一些怪僻的天体......此中很多是插图或模拟，但此中一些是现实的照片（螃蟹星云（超新星遗迹）是真实的）（Eta carina是一个发光的蓝色变量（真实）四周的弹射星云）（双星的此中一颗是中子星增生物质（插图））（伽马射线爆发（插图）（Thorne-Zyktow对象（模拟））。图片信息及版权：E. Levesque / Perimeter

常识：科学无国界，博科园-科学科普

参考：Emily gave a public lecture

作者：Ethan Siegel（天体物理学家）

内容：经“博科园”鉴定合适今本家儿流科学

来自：Forbes Science

编译：令郎宿世无双

审校：博科园

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传布：博科园