永生的不朽恆星

週一 · 知古通今|週二 · 牧夫專欄

週三 · 太空探索|週四 · 觀測指南

週五 · 深空探測|週六 · 茶餘星話|週日 · 視頻天象

翻譯：張瀚之

校對：朱宸宇、塗天宇

編排：劉文慧

後臺：李子琦 胡永葳 李鳴晨

原文鏈接：https://skyandtelescope.org/astronomy-news/immortal-stars/

永生的不朽恆星

這幅圖像結合了美國宇航局（NASA）望遠鏡的X射線, 紅外數據以及業餘天文學家的光學觀測，爲我們展示了半人馬射電源A。半人馬射電源A是我們夜空中第五明亮的星系，也是衆多擁有活動星系核的星系之一。

X-ray: NASA / CXC / SAO; Optical: Rolf Olsen; Infrared: NASA / JPL-Caltech

自宇宙誕生以來，恆星的主旋律一直都是：出生！將氫融合成氦！不好，偏離了主序帶！最後，被回收到漫漫宇宙中。在宇宙千變萬化的環境中，似乎沒有什麼是永恆的。但是在適當的條件下，恆星卻可以做到永生不朽。這種顛覆我們認知的恆星到底存在於什麼情況下呢？這對這些恆星周圍的空間環境又意味着什麼呢？

不朽恆星

活躍星系中心特大質量黑洞 (SMBH) 周圍環境的藝術插圖。ESO / M. Kornmesser

許多星系都有一個活動星系核：一個圍繞着中心特大質量黑洞 (SMBH) 旋轉，並由氣體和塵埃組成的發光星周盤。雖然這種環境非常極端，但仍然會有恆星在這些星周盤內生存，事實上，永生的不朽恆星就被認爲存在於這種環境中。

當這些恆星在其核心將氫攪熔成氦時，它們同時也會不斷從周圍的星周盤中獲得的氫，形成了一個氫循環。因此，它們的內核在聚變時永遠不會耗盡燃料，也就永遠不會離開主序帶，不會耗盡資源乾枯死亡。由亞當·傑梅恩(來自Flatiron Institute研究所）領導的一個團隊已經成功探索出了這些極端恆星是如何影響圍繞着它們的圓盤的演化的。

從活躍的星際“噴泉”中暢飲

特大質量黑洞（SMBH）周圍的星周盤吸收了rcap內的大多數恆星。而rmax界內的恆星則倖存並生長爲不朽恆星，盤外或rmax以外的恆星幾乎不吸積氣體。Jermyn et al. / Astrophysical Journal 2022

傑梅恩及其合作者考慮了短壽命（~10萬年）和長壽命（~1000萬年）的星周盤，並估計這些星周盤將分別從星系吸收約1000和20000顆恆星。短命星盤的超大質量僅足以使其中300顆恆星永生，而長星周盤甚至可以支撐所有20000顆恆星。

在這兩個星周盤中，不朽恆星的質量都能增長到約300個太陽的質量，並具有質量巨大的對流核。不斷的聚變將新鮮的氫帶到恆星核心，並將氦向外輸送到星周盤。從那裡，猛烈的星風（類似於太陽風，恆星向外不斷拋出的物質流）將富含氦的氣體帶到星周盤中，增加了黑洞附近氦的丰度。這種化學增強的後果尚不清楚，它也許有一天會奪走永恆恆星的超能力，因爲吸入富含氦的物質會使它們燃燒氫的速度加快, 快於補充氫的速度。但是測量活動星系核中的氦丰度可能提供一種測試化學增豐程度的思路。

永恆的終點

這幅圖展示了，星風中的氣體在逃逸速度較高的最內側區域向星周盤提供氣體，在逃逸速度較低的外側區域逃逸。Jermyn et al. / Astrophysical Journal 2022

看到這裡，你可能會產生一個疑惑?

永恆恆星的存在是幫助還是阻礙了星周盤的活動？

事實上，這兩種結果都是有可能的。星風可能會補充星周盤的內區物質，但也可能驅使內區物質逃離至星周盤的外區。除此之外，活動星核不會永遠保持活動狀態：當星周盤開始消散時，永恆恆星會減掉大部分質量，在迴歸到正常演化軌道並演化成黑洞之前，最後一次散發出內區物質。

作者同時指出:

他們的設想仍然存在不確定性。但很明顯，永恆恆星在星系內區的演化過程中扮演着重要角色。未來，更多的注意力會被放在探索富氦氣體和研究特大質量黑洞周圍的螺旋運動，以及星周盤中形成的恆星上。永恆恆星爲理論學家和觀察者提供了大量的工作：永恆恆星的尺度可能是人類無法企及的，但我們可以通過學習這些恆星的機理來感受宇宙的浩瀚無垠！

參考文獻:“Effects of an Immortal Stellar Population in AGN Disks,” Adam S. Jermyn et al 2022 ApJ 929 133. doi:10.3847/1538-4357/ac5d40

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

微信公衆號：astronomycn

火星上的沙漠岩石

謝謝閱讀