怪兽级恒星大于太阳300倍 两颗子星合并成的

国际中心综合报导

天文学家2010年在大麦哲伦星系R136星团中发现4个怪兽恒星,每个的初始质量应该都超过太阳的300倍以上,其中一颗质量最大的R136a1,演化迄今的残余质量都还有256倍太阳质量这么多。虽然它们亮到不可思议的地步,天文学家却从不曾在R136以外的其他地方发现类似的怪异天体。对此,现在德国波昂大学(University of Bonn)的天文学家们有新解:这些极大质量恒星可能是密近双星系统中两颗子星合并而成的。相关论文发表在英国皇家天文学会月刊中。

大麦哲伦星系(Large Magellanic Cloud,LMC)距离约16万光年,是距离银河系第三近的卫星星系。大麦哲伦星系中含有许多活跃的恒星形成区,其中最活跃的就是直径宽达1000光年的蜘蛛星云(Tarantula Nebula),这片庞大的气体尘埃云又称为剑鱼座30星(30 Doradus,30 Dor),R136星团就位在这片复合型星云中心区,含有多颗重量级恒星,是LMC中最明亮的恒星摇篮,甚至是整个本地星系群(Local Group)中最明亮的恒星诞生区。

本地星系群由50几个星系所组成,包含银河系和仙女座星系(M31)。上图最左侧为欧南天文台(ESO)拍摄的蜘蛛星云整体影像,将星云中心区域放大观看即可见到R136星团。

在2010年这4颗恒星怪兽发现之前,天文学家于银河系和邻近其他星系中发现的恒星质量上限约为150倍太阳质量,这个上限值似乎在整个宇宙都通用。由于不止是单一恒星的质量上限,甚至是新生恒星的原料,似乎都与它们诞生地无关,因此一般认为宇宙各地的恒星诞生过程应该都相同。

下图为质量最小的红矮星(red dwarf,约0.1倍太阳质量)、类似太阳的低质量黄色矮星(yellow dwarf)、质量稍大的蓝色矮星(blue dwarf star),以及R136a1这颗极大质量恒星的比较。

不过,R136这4颗超亮恒星怪兽的发现打破了上述被天文学界普遍接受的恒星质量上限规则,这意味着剑鱼座30里的恒星诞生方式是否与宇宙他处不同?若果如此,那么关于恒星诞生过程的宇宙通则便受到了严厉的挑战

波昂大学Sambaran Banerjee领军研究团队利用电脑模拟类似R136星团内恒星之间的交互作用;且为求逼真,总共模拟了17万多颗恒星紧紧聚集的状况。模拟中已设定刚开始时的所有恒星质量都在正常范围内,且以一般预期的状况分布在星团内。仅仅是要计算这个相当单纯的星团如何随时间变化,这个模拟就得重复解51万多条方程式

由于受到每颗恒星内部核反应所释出的能量影响而使模拟开始变得复杂,当两颗恒星互撞并合并时复杂度更为大增,然而这都是一个拥挤的星团常常会遇到的情况。这种逐星、逐星仔细计算的模拟方式称为「直接多体模拟(direct N-body simulations)」,是迄今最值得信赖、最准确的星团模拟方式。

模拟计算完成时,这颗科学家马上就了解这4颗重量级恒星怪兽其实一点也不神秘。由于恒星彼此间非常拥挤,在星团形成之初,星团内就有许多靠得很近的密近双星,而且三不五时就会发生恒星间的碰撞,因此因恒星碰撞而合并成单一、质量更大的恒星,简直就是不可避免、时势所趋之事。

这也不难理解R136星团中最后会出现这4颗极大质量恒星:想像原本就不小的恒星近距离互绕,后来受到邻近其他恒星的重力影响而被迫分离,导致它们原本圆形规律轨道被拉长变形,这两颗恒星就有机会在某次擦身而过的时候碰在一起合并成单一的极大质量恒星。

这些科学家表示,虽然这项直接多体模拟工作牵扯到两星合并之时非常复杂的物理过程,但他们仍确信这项模拟真的可以解释蜘蛛星云中何以出现极大质量恒星。而结果一出,许多天文学家终于得以放心,因为这表示现行的恒星形成理论并未受到严厉挑战,仍是宇宙通行法则