産生背景
麒麟座V838(V838 Monocerotis,V838 Mon)是位在麒麟座的一顆紅色變星,距離太陽約 20000光年,麒麟座v838恒星因好似梵高名作《星空》中所描繪的景象而聞名。中央紅色核心為恒星本身,周圍結構為被照亮的塵埃雲。
該恒星在2002年經曆了一次爆發事件并被觀測到。爆發的原因不明,但有數個理論已經提出,其中包含恒星死亡的過程、聯星合并或吞噬行星。最初認為是一個典型的新星爆發,但後來被學者所摒棄,因為v838恒星并沒有激烈地把氣體外殼掀掉、而是在迅速膨脹的同時仍然保留着原來的外殼,成為一顆表面溫度較低的超巨星。2005年科學家認為這顆變星的前身是一顆質量非常大的恒星,可能高達太陽的65倍。他們還導出這個系統的恒星可能隻有400萬歲的結論。
形态特征
麒麟座V838的光譜類型顯示有一顆伴星,可能是一顆與爆炸的恒星沒有太大差異的高溫藍色恒星,是B型的主序星。這顆爆發的恒星也有可能比同行的伴星質量稍微小一些,并且是剛剛才進入主序帶。
麒麟座V838它本來是一顆相當暗的恒星,但在2002年忽然爆發後,發出了比太陽還亮60萬倍的光芒。在這段短時間裡,麒麟座V838成為銀河中最亮的恒星。當它的光逐漸經由恒星周圍的灰塵反射後,成為了一種被稱為回光(light echo)的獨特現象。
這顆恒星的亮度曾經亮達約太陽的百萬倍,在它達到最大光度時,可以确認是銀河系最亮的恒星之一。造成明亮的原因是恒星表層迅速的擴大,使用帕羅馬測試幹涉儀的觀測,證實了他的半徑是1700的太陽半徑(接近土星的軌道半徑),确認了較早前間接的計算。擴大隻經曆了幾個月,顯示他的速度是異常的。在熱力學定律的支配下,膨脹的氣體溫度必定會下降,因此這顆恒星變得非常低溫且呈深紅色。事實上,有些天文學家們認為這顆恒星的光譜應該屬于棕矮星的L-型。如果真是這樣,麒麟座V838将會是第一顆已知的L型超巨星。
b科學家們最初估計這顆恒星的距離在2300至2900光年之間。結合在爆發前的照片上測量到的視星等,它被認為是一顆光度不足的F型矮星,與太陽沒有太大的差别,但更精确的測量是20000光年(6千秒差距),使得這顆恒星遠比太陽更大和更亮許多。
這顆恒星的質量可能是太陽的5至10倍,而亮度則是550至5000倍。原始的半徑約是太陽的5倍,溫度在4700至30000K。建立在伴星的光度計視差,Munari等人得到了更遠的距離,36000光年(1萬秒差距)。
特殊現象
像新星和超新星這種光度快速增加的天體一般會産生回光現象。以直線行進的光會先到達;如果星際物質形成的雲氣在恒星周圍,部分光會被星際介質雲反射。因為被反射的光行走距離較長,會較晚到達并在噴發物質周圍産生擴張的光環影像。此外,這些環乍看之下移動的速度高于光速。
麒麟座V838造成的回光現象是史無前例的,而且被哈伯太空望遠鏡以影像詳細紀錄。從照片中看來,似乎是一個膨脹中的球殼碎片,他們其實是一個不斷膨脹中的橢球被照亮所形成的,前身星在一個焦點上,而觀測者在另一個焦點上。因此,不論它的外觀如何,這些照片中的結構對觀測者實際上是凹陷的。
尚未明了周圍的雲氣和恒星本身是否有關。如果相關的話,它們可能是在先前的爆發中形成的,這将排除數種基于單一災難性事件的模型。然而有強烈證據顯示麒麟座V838系統相當年輕,而且還位于形成它的星雲内。
有趣的是,麒麟座V838第一次噴發是發生在較短的波長(較偏藍),并且在其回光中可見:回光的外邊緣在哈伯拍攝的影像中是偏藍的。
爆發過程
2014年,哈勃望遠鏡曆時4年記錄2萬光年外紅巨星爆發過程,這段動畫展示的是2萬光年外一顆恒星最後爆發的場景。這段動畫涵蓋的時間長度大約是4年,記錄下了麒麟座V838的爆發過程,這是一顆位于麒麟座的紅巨星。在它爆發之前,V838已經成為天文學家們觀測過最為巨大的恒星之一,其光度相當于太陽的60萬倍。
這是哈勃空間望遠鏡在2002~2004年之間拍攝的一系列圖像,可以非常清楚的看到爆發的進程。
這段動畫涵蓋4年的時間長度,記錄下了紅超巨星麒麟座V838的爆發過程。
随着爆發過程的推進,V838發出的強光照亮了其周遭的塵埃雲,成為哈勃望遠鏡迄今所見最壯觀的景象之一。粗看上去這段動畫顯示的是恒星V838正在向外快速抛射物質,但實際上它所顯示的是向外擴散中的“光回聲”。所謂光回聲,是指恒星發出的光線不斷被外側層層向外的塵埃帶所反射形成的現象。
爆發原因
已經有好幾個相當不同的模型被發表,用來解釋麒麟座V838爆發的原因。
麒麟座V838盡管是如此的突出和不尋常,但畢竟還是一顆新星。然而,這是非常不尋常的考慮:一個包含一顆年輕且大質量B型恒星的系統。這個系統沒有足夠的時間讓一顆可能的白矮星冷卻和吸積足夠的物質來産生爆發。
麒麟座V838可能是一顆接近死亡邊緣的後漸近巨星分支恒星。被回光照亮的星雲可能是之前恒星爆發産生,圍繞在恒星周圍的球殼狀雲氣。它突然變亮可能是因為氦閃發生;當一顆瀕死低質量恒星的核心突然發生将氦融合成碳的核融合反應時會相當混亂,但不會将恒星毀滅。這樣的事件已經知道在櫻井之星(Sakurai's Object, 人馬座V4334)發生過。然而,在麒麟座V838周圍的星際物質隻提供該假說一部分的證據。一顆失去外層的瀕死恒星應該相當高溫,但觀測證據卻指出這是顆年輕恒星。
麒麟座V838可能是相當巨大的超巨星。如果是這樣的話,該次爆發可能是因為恒星包層中的氦突然開始進行合成碳的核融合,也就是所謂的氦閃。相當巨大的恒星在這類事件可以有多顆存在,但這些巨大恒星在變成極為高溫的沃爾夫-拉葉星之前其質量會大量流失(大約是主序星時質量的四分之一)。這個理論也許也可以解釋恒星周圍球殼狀的塵埃。麒麟座V838是大約位于銀心的方向,并且偏離銀河系的盤面。在星系外圍的區域恒星形成較不活躍,而且當今還未清楚是如何在該處形成如此巨大恒星。但有些非常年輕的星團在這類區域,像是距離約7000秒差距的Ruprecht 44和距離約6000秒差距,年齡約四百萬年的NGC 1893。
這次爆發可能是兩顆主序星(或者一顆質量8M☉的主序星和一顆質量0.3M☉的主序前星)“合并爆發”(mergeburst)的結果。這個模型被看起來相當年輕的系統和多星系統可能不穩定的事實所支持。較低質量的恒星可能是在一個高度偏心或者是向較高質量的恒星彎曲的軌道。電腦模拟也顯示合并的模型是可能的。這個模拟也顯示了膨脹的外層可能幾乎都是來自較小恒星。此外,合并的模型也可以解釋在爆發期間觀測到的多個光變曲線的峰值。
另一個可能性是麒麟座V838可能已經吞噬了它所屬的巨大行星。如果有行星進入恒星的大氣層,恒星大氣層可能會開始讓行星的軌道速度減速。當行星進入恒星大氣較深處的時候,磨擦力會變強且動能将釋出并更快速進入恒星。該恒星的外層溫度将會升高到足以驅使氘的核融合,将造成快速膨脹。接着當另外二顆行星進入膨脹的外層之後将産生一個光度的高峰。該模型計算出每年有0.4個行星被類似太陽的恒星捕捉的事件,至于類似麒麟座V838這種巨大恒星則是每年大約有0.5–2.5個行星被恒星捕捉事件。
體積
麒麟座V838的體積約為地球的4913000000×1295030倍,用科學記數法表示為6345650×109。
爆發曆史
在1988年,曾在仙女星系偵測到一顆紅色的恒星爆發,被命名為M31-RV,在暗淡至檢測不到光度之期,達到的最大光度是絕對熱星等-995等(相當于太陽亮度的750萬倍)。
在1994年,銀河系也曾發生類似的爆發(人馬座V4332)。
2002年1月6日有一顆在麒麟座内先前不知名的恒星被發現光度增加。它是一顆新發現的變星,依規定命名為麒麟座V838,代表它是麒麟座内的第838顆變星。起初的光度曲線使他被認為是一顆新星,是一對聯星中的白矮星經由吸積從鄰近的伴星獲得出足夠的氫氣,然後将表面噴發的現象,因此它也被标示為麒麟座新星2002 (Nova Monocerotis 2002)。
圖冊
圖冊(4張)
2002年2月6日麒麟座V838達到6.75等的最大視星等,然後光度一 如預期的很快變暗。但是,這顆星在3月再度變亮,而這次光度集中在紅外線的波長上。之後,四月初在紅外線的波長上又發生一次增光,然後它的亮度回複到接近爆發之前的星等,15.6等。 這種由爆炸産生的光度曲線和之前曾經觀測過的完全不同。