科学家费劲心思研究一颗莫名爆发的恒星

船底座η(中文名字:海山2)是过去10000年中从地球上观测到的最亮、质量最大的恒星系统。这颗巨星有许多奇怪的行为。它在19世纪突然爆发，科学家们还没有完全了解爆发的具体原因。由美国宇航局戈达德太空飞行中心的天文学家领导的研究小组已经观察这颗恒星很长时间了。他们利用美国宇航局轨道卫星、地面望远镜和计算机模型的数据，获得了迄今为止最详细的天空图像。这一时期的新发现包括哈勃太空望远镜对非常年轻的等离子物质外层的观察，等离子物质外层正以每小时数百万公里的速度从恒星向外膨胀，但只有几十年的历史。此外，他们还构建了一个全新的三维立体模型，揭示了一些以前未知的天体深层结构。

这是超级计算机模拟的结果，显示了形成飞船底部η的双星系统和围绕它的强劲恒星风。可以看出，当两个成员恒星围绕轨道运行时，较小的伴星将会在主星的恒星风中扫出一个洞。

这是在铁离子辐射带(4659A)的波长下的观测结果，它是由安装在哈勃空间望远镜上的空间望远镜成像光谱仪(STIS)在2010年至2014年期间获得的。2003年在星点附近释放的气体层正以超过160万公里每小时的速度向外膨胀。

由戈达德太空飞行中心的天体物理学家特德·戈尔领导的一个研究小组已经跟踪这个物体10多年了。他指出:“我们正在逐渐了解这个不可思议的天体的现状及其复杂的环境结构，但在我们能够解释最近的卡琳娜火山爆发并预测下一次类似事件之前，我们还有很长的路要走。”

巨星系统

顾名思义，船底座η位于南方天空的船底座上，离地球约7500光年。它实际上是一个双星系统，由两颗大质量恒星组成，围绕共同的质量中心运行，周期为5.5年。由于距离很近，两颗恒星都会在对方表面产生强烈的气流，这被称为“恒星风”。这些恒星风和其他尘埃和气体物质阻挡了这对双星，因此很难直接测量它们的一些性质。然而，天文学家现在已经证实，较亮的主星表面温度略低，质量约为太阳的90倍，光度约为太阳的500万倍。虽然相对较小但表面温度较高的成员星的某些性质仍有争议，但盖尔和他的同事们普遍认为，该成员星的质量约为太阳的30倍，其光度是太阳的100万倍。

周三在西雅图举行的美国天文学会会议上，戈达德研究中心的科学家报告了他们在η基地的最新观察结果。

当双星系统中的两个成员距离最近时(靠近星点)，它们之间的距离约为2.25亿公里，即火星和太阳之间的距离。在到达最近的位置之前和之后，天文学家可以观察到系统中的巨大变化，包括强烈的X射线耀斑，然后X射线辐射的强度突然迅速下降，最后又慢慢恢复。此外，在一些特定的可见光波段，可以观察到恒星附近某些结构的突然消失和重现。当较小的成员星从较大的成员星前面经过时，甚至会有“光影秀”。

在过去的11年里，天文学家总共经历了3次这样的最近距离事件(3个近星点)。在观测这些事件的基础上，戈达德科学家利用美国航天局卫星和地面望远镜的长期观测数据开发了一个模型。托马斯·马杜拉是美国宇航局戈达德太空飞行中心的博士后研究员。他也是天篷η理论项目组的成员。他指出:“我们利用过去的观察结果来建立一个计算机模型，这可以帮助我们预测下一个周期我们会看到什么。然后在新的周期中，我们会将最新的观察结果反馈到模型中，并相应地进行持续改进。”

根据这个模型，两颗成员星之间的相互作用可以解释在实际观测中发现的一系列周期性变化。来自两个成员恒星的恒星风有不同的性质:来自较大的主恒星的风更粘更慢；来自较小伴星的风更薄更快。主恒星发出的恒星风几乎是每小时160万公里，粘度极高。大约每1000年，主星会带走相当于太阳质量的物质。相比之下，较小的伴星产生的恒星风携带的物质是主星风的100倍，但向外扩散的速度至少是主星风的6倍。

星风腔

马杜拉的模拟工作是在美国宇航局艾姆斯研究中心的昴宿星超级计算机上进行的，其模拟结果揭示了这种恒星风相互作用的复杂性。随着较小的伴星围绕较大的主星快速旋转，它发出的高速恒星风在较慢、较粘稠的恒星风中划出一个类似漩涡的空隙区域。为了更好地可视化交互过程，Madura将计算机模拟过程制作成3D模型，并使用商用3D打印机将其打印成实体模型。从模型中可以清楚地看到，带有针状突起的气流沿空腔边缘分布，这是以前从未注意到的。

马达拉说:“我们认为这些结构应该是真实的，它们是由于伴星离主星最近的几个月中恒星气流的不稳定性而形成的。”他说:“我想用3D打印技术使模拟结果更加直观，结果比我原先预计的要多。”这项研究的论文已经提交给皇家天文学会月报。

戈达德的团队还解释了他们的一些关键观察，这些观察可以解释这个恒星系统的一些内部机制。在过去三次靠近星点的过程中，巴西、智利、澳大利亚和新西兰地面上的望远镜监测到了一个特定的蓝光波段，这是氦原子失去一个电子后显示的特征谱线。根据这个模型，氦离子辐射应该被用来追踪主要的恒星风。安装在哈勃太空望远镜上的太空望远镜成像光谱仪(STIS)也捕捉到了不同的蓝色光谱信号，这是铁原子失去两个电子后产生的辐射特征。这是主星向外流动的气体在其伴星的强烈紫外线辐射下发光的证据。最后，这个双星系统发出的X射线辐射直接携带着来自两颗恒星恒星风碰撞区域的信息。在这个区域，两股恒星风迎面相撞，形成了一个激波区域，将周围的气体加热到数亿摄氏度。

x射线耀斑

总部位于马里兰州的大学空间研究协会的天体物理学家迈克尔·科克伦说:“X波段辐射的变化是碰撞区域的直接探测，可以反映这些恒星是如何失去质量的。”科克伦和他的同事使用了美国宇航局的罗西X射线时变探测器(RXE，2012年停止工作)和安装在美国宇航局的斯威夫特探索卫星上的X射线望远镜，来比较这两颗恒星在过去20年的近星点观测数据。2014年7月，两个成员星彼此靠近。在此期间，斯威夫特探测器探测到了几次耀斑爆发，包括迄今为止在船底座的埃塔系统中观察到的最亮的X射线爆发。这种情况意味着其中一颗成员星的质量损失可能已经改变。然而，我们不能仅仅根据x光数据来判断哪颗恒星发生了变化。

同样来自戈达德太空飞行中心的迈兰·特奥多罗带领另一个团队跟踪氦原子辐射。他说:“2014年监测到的辐射情况与2009年到达近星点之前的情况几乎相同，这表明主星的星风应该是稳定的，因此伴星的星风应该会触发X射线耀斑。”

2009年，美国宇航局派遣宇航员修复哈勃太空望远镜上的STIS设备后，盖尔和他的同事申请使用这种强大的太空设备来观察飞船的底部η。通过将接收到的光分解成类似彩虹的光谱，STIS设备可以分析观察到的天体的化学成分。然而，在获得的光谱结果中也可以观察到一些非常精细的信号，这些信号代表了恒星周围环境中的一些结构，这表明STIS设备也可以用于对这一双星系统的周围区域进行前所未有的高精度观测。

消失又重现的螃蟹状结构。

STIS通过狭缝进行光谱观测，以尽量减少外部污染。自2010年12月以来，盖尔的团队定期观察双星系统及其周围区域超过41次，这有点像拍摄一系列照片来合成全景图像。拼接后的图像跨度约为6700亿公里，相当于太阳和地球之间距离的4600倍。

最终的图像于周三首次对外发布。他们的观察结果表明，光谱中的铁离子信号来自直径小于0.1光年的复杂气体结构。盖尔把它比作马里兰的“蓝蟹”。STIS拍摄的图像可以清晰地看到从双星系统向外延伸的气流结构，即盖尔口中“蓝蟹”的蟹腿，这些气流的运动速度高达每小时160万公里。随着每一次近星事件的发生，来自主星的风将被雕刻成一个洞，形成观察到的气体层结构。

盖尔解释说:“这些气体层的宽度可以达到太阳和地球之间距离的几千倍。回顾过去，我们发现这些气体是大约11年前从恒星中释放出来的，这样我们就可以一瞥近期这里发生的事情。”

当两个成员星相互靠近时，伴星冲进主星的密集恒星风中，吸收大量的紫外线辐射，阻止热辐射到达外层气体层。由于没有能量来激发它，以前失去两个电子的铁离子停止发光，蟹状状结构在这个波段消失了。然而，一旦伴星穿过近星点并清空其周围的一些恒星风物质，它的紫外线辐射可以再次发射，导致外层气体层物质电离，因此蟹状星云状结构再次出现。

在这个阶段，研究小组说没有证据表明恒星系统会立即被摧毁。研究小组的科学家目前正在分析2014年伴星越过近星点事件的观测数据，并试图做出新的预测。这一次做出的预测将有机会在2020年2月通过实际情况进行检验。