1400光年外!一顆詭異天體溫度高達8000K,分子熱得被分解
2023/07/13

一顆「失敗的恒星」,內部連核聚變都無法進行,卻比太陽還要熱!天文學家表示,這是人類第一次發現這樣的天體。

所謂失敗的恒星,指的是宇宙中一種特殊的天體——褐矮星。褐矮星比行星大,比恒星小,目前認為其質量在木星的13倍到75或80倍之間。

當一個天體比褐矮星的質量下限還輕時,即便它擁有再多的氫,也無法進行核聚變,只能像木星一樣以行星的形式存在。如果超過褐矮星的質量上限,那麼就會在核心處自發產生核聚變,像太陽一樣「熊熊燃燒」。

褐矮星的質量恰好處在二者之間,其質量雖然仍不足以引發普通的氫進行聚變反應,因此又被稱為「失敗的恒星」。但氫的同位素——重氫則可以進行聚變反應。重氫是一種原子核內包含一個質子和一個中子的原子,其含量比普通的氫原子(原子核內只有一個質子)要少,但聚變的條件相對低一些,可以在褐矮星的內部進行。

和普通的氫原子進行的聚變反應相比,重氫的聚變產生的能量相對更低,因此褐矮星的溫度普遍并不算太高。我們介紹過,有的褐矮星表面溫度甚至只有幾十攝氏度,和地球表面的溫度差不多。

不過,宇宙那麼大,總會出現一些奇葩的天體。最近,天文學家還真的發現了一顆酷熱的褐矮星,其表面溫度甚至比太陽還高。

取得這項發現的,是由以色列魏茨曼科學研究所的天體物理學家Na‘ama Hallakoun所領導的一支國際團隊,他們即將在《自然·天文學》雜志上刊登論文,介紹這項驚人的發現。

這顆褐矮星,被命名為WD0032-317B,距離我們大約1400光年。根據觀測,WD0032-317B的表面溫度達到了驚人的8000開爾文(7727攝氏度)。要知道,即便是太陽,表面溫度也只有6000K左右,比它還差遠了。

在銀河系內,太陽已經算是比較大、比較熱的恒星了。恒星中最小、溫度最低的一類——紅矮星占據了銀河系恒星的80%左右。換句話說,WD0032-317B這顆失敗的恒星,比銀河系絕大部分恒星還要熾熱。

對于我們來說,8000K只是一個數字。對于微觀世界來說,這個溫度足以將分子分解為復合原子。

WD0032-317B之所以有這麼驚人的溫度,并不完全來自它自己,還與它所處的環境有關。在它的不遠處,還有一顆明亮的恒星。正是由于它和主星的距離過于接近,獲得了許多來自主星的熱量,才成為了人類目前已知的最熱的褐矮星。

這不是天文學家第一次發現這一類的天體了,比如一顆名為KELT-9b的系外行星,同樣是巨大的、以氫和氦為主的天體,并且由于非常靠近宿主恒星,擁有著高達4600開爾文(4327攝氏度)的極端溫度。雖說行星和褐矮星之間也略有區別,但在極端物理學方面也是有著共通之處的,它也經歷了類似的分子被撕裂的過程。

科學家們研究這樣的天體,并不只是為了尋找「宇宙之最」那麼簡單,還希望通過這些極端天體了解更加深層的物理學理論。

根據目前的理論,褐矮星在如此近的距離下,會承受來自主星的大量紫外輻射。這種輻射十分強烈,以至于不僅大氣會被蒸發,連大氣內的分子都有可能被撕裂,這個過程被稱為熱離解。可以想象,這樣的天體一定是一個非常極端、與地球完全不同的世界,這也激發了天文學家們的好奇心。

遺憾的是,可供天文學家觀測的類似天體并不是很多,因為當氣體巨星或者褐矮星過于靠近恒星的時候,這些天體的信號就很容易被恒星的光芒所淹沒。

有一種情況可以在一定程度上解決這個問題,那就是尋找一個主星為白矮星的雙星系統。白矮星的表面溫度非常高,有的時候可以超過10000℃,足以給伴星提供大量的熱量。另一方面,和那些巨星、超巨星相比,它們的亮度又要弱一些,因此其伴星的各種信號也相對更容易被天文學家分辨出來。

WD0032-317就是這樣的天體,它的質量僅有太陽的40%左右,溫度卻高達37000開爾文。

利用歐洲南方天文台甚大望遠鏡的紫外線與可見光階梯光柵攝譜儀對它進行了觀測,發現它周圍存在著一顆黯淡的伴星,證據就是它被某個天體拖動著產生了搖擺的現象。

後來,研究人員對其進行了近紅外觀測。雖然褐矮星非常黯淡,卻在紅外波段有獨特的光芒,WD0032-317B的身份也就此被揭開。

進一步的觀測表明,WD0032-317B的質量在木星的75~88倍之間,基本上處在褐矮星的質量上限附近。最特殊的是,它的公轉周期僅有2.3個小時——沒錯,在地球上一天的時間,WD0032-317B已經過了「十年」。由此可見,它和主星之間的距離確實極近。

這樣的距離本來就會導致它接收到更多的熱量,而且它還會被潮汐鎖定,也就是永遠只有一面能夠朝向熾熱的主星,這就導致朝向主星的那一面永遠無法降溫,達到了7,250至9,800開爾文之間。即便是它的背面溫度也達到了1300到3000開爾文之間,比太陽系最熱的行星——金星還要熱得多,堪比地獄世界!

即便忽略WD0032-317B的固有光度和反照率,假設其外部輻照處于平衡狀態,那麼它的平衡黑體溫度也有差不多5100開爾文,遠遠超過了已知的任何行星、褐矮星。再加上它所處的獨特位置,給天文學家提供了一個絕佳的觀測對象。

未來,研究人員還將對這顆天體進行更多觀測。一顆表面溫度達到8000K的天體,究竟是一個怎樣詭異的世界,我們將「看」得越來越清晰。

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