科学家破解壮观异形云翳形成之谜

据美国太空新闻网3月19日报道,关于“行星云翳”一词总有些感觉不恰当,天文学家近期发现壮观的气体和灰尘云实际上与行星有着密切联系。 

在300年前天文学家发现宇宙星体时,他们无法解释早期使用低质量望远镜观测到的天王星与附近灰尘圆环之间的关联性,但到了19世纪中期,科学家们才意识到这种灰尘环实际上是垂死恒星所喷射的大量尘埃云。目前,美国罗彻斯特大学研究人员发现低质量恒星或围绕年老恒星的大质量气体行星是形成不同寻常外形云翳的关键因素。

 
螺旋波结构 

领导此项研究的埃里克?布莱克曼说,“很少有研究人员会研究低质量恒星、褐矮星或大质量行星能够形成不同形状特征的云翳,以及进化恒星周围的灰尘化学成份的变化。我们的最新研究将解释低质量恒星和大质量行星是形成包裹星体灰尘云翳的重要条件。”目前,这项研究发表在英国皇家天文学协会每月通报的《天体物理学期刊简报》上,据悉,该研究由美国宇航局和国家科学基金会提供研究资金。 

  恒星生命末端

  行星云翳是许多像太阳这样的中等体积恒星的晚期存在形式,该状态仅持续数万年时间,这对于恒星100亿年的寿命而言就像眨眼的一瞬间。在银河系中有2000亿颗恒星,却仅有1500颗恒星存在行星云翳状态,因此能够观测到该恒星发光的云翳是非常难得的。

行星云翳状态是恒星在生命晚期耗尽其燃料的开始,恒星的核心逐渐收缩,恒星的包裹层开始膨胀,最终包裹层在宇宙中膨胀延伸数百万英里。恒星包裹层膨胀时保持球状形态的概率为五分之一,包裹层可形成炽热的球形结构,但更多的情况下,恒星包裹层膨胀时会扭曲变成令人眼花缭乱的形状。

气体灰尘构成的“猫眼云翳”
布莱克曼和研究小组同事研究发现低质量共生恒星或类似木星体积的行星对于形成行星云翳形状具有重要意义。研究人员有两种假设——当共生恒星处于较大轨道并与包裹层边缘产生交互影响,当共生恒星进入紧密小轨道范围内,它将被包裹层完全吞并,出现行星云翳。当处于较大轨道范围内,共生恒星或行星重力开始对包裹层中气体和灰尘物质产生拖曳作用。这些气体灰尘物质被压缩成螺旋波形状,从像车轮状的恒星中心释放出来。布莱克曼称,这些气体和灰尘继续被压缩,直至螺旋波形像海浪拍打海岸逐渐削弱停止。最终一个油炸圈饼形状的灰尘环形成于恒星的中间截面位置,很可能是阻塞更多包裹层膨胀,就像系在一个膨胀气球上的绳子。随着时间的推移,一种叫做哑铃云翳的结构逐渐形成。 

这种星体变化说明了天文学家在云翳形成前在进化恒星周围观测到的灰尘云的奇特变化。布莱克曼解释称,当螺旋波结构被破坏,释放出其中的被压缩物质,被压抑的能量以爆破流形式充分地将灰尘熔化成液态小球。当这些液态小球逐渐地被充分冷却后,其中的分子将排列成晶体点阵形式。

气体和灰尘构成的红长方形梯形云翳
紧密小轨道的3种结果 

研究人员发现,当共生恒星的轨道接近于主恒星时,很可能会有三种结果会出现。第一种结果是:当共生恒星或行星穿越喷射物质时它们会很快地被旋转包裹起来,在恒星的赤道周围形成一个较大的圆盘或圆环面;第二种结果是:共生恒星或行星很轻微地与喷射物质接触,导致它们包裹层内部区域旋转速度快于外部区域,这种状态差异性可以伸展和增强恒星的磁场,使磁场像一个巨大的弹簧,向磁极方向喷射着包裹层物质;第三种结果是:共生恒星或行星排斥喷射物,这种情况发生于当共生恒星或行星太小以至于不能排斥包裹层物质,此时的包裹层物质处于未落入主恒星的重力束缚范围。强烈的恒星牵引力将吸食着轨道缩小范围内的行星,最终吸食行星的物体形成恒星周围处于骚动状态的圆盘残骸。这些残骸物质将与包裹层物质一起被喷射排斥。 

目前,研究人员计划调查云翳中处于混合和被放逐的不同化学成分,由此以发现行星云翳中探测到的独特化学信息来自于何处。

作者: 
  
来源: 
腾讯科技 
栏目: