当太阳大小的恒星死亡时,它们会留下强大的恒星残余物,称为白矮星,这些白矮星可以变成更极端的物体,称为中子星,由宇宙中最致密的物质组成。然而,科学家们发现,要发生重大转变,条件必须“恰到好处”。你可以将其视为宇宙“金发姑娘”的情况。
事实证明,白矮星就像宇宙吸血鬼一样以伴星为食。
中子星 和 白矮星 当恒星耗尽其核心核聚变所需的燃料时,两者都会诞生,但两者之间的区别在于它们的质量。
质量与太阳相似的恒星当其核心耗尽氢气时就会结束生命。这会阻止核聚变过程——核聚变过程涉及将氢转化为氦——导致恒星塌缩并脱落外层,成为一颗质量与太阳相当的白矮星,而白矮星则挤进了地球的宽度。
当恒星的质量约为其八倍时 太阳 它们在核心耗尽氢气后崩溃,在核心中产生足够的压力和热量,将产生的氦融合成更重的元素。这个过程只有当恒星到达其铁核时才会结束。最终崩溃导致 超新星 爆炸并产生一颗质量为太阳质量一到两倍的中子星。这是中子星形成的正常方式。
如果白矮星场景和中子星场景之间有一座桥梁怎么办?科学家们长期以来一直怀疑白矮星实际上存在成为中子星的途径。这项新工作绘制了这条路径,并将其称为吸积引起的塌陷(AIC)。
苏黎世联邦理工学院的团队负责人劳伦斯·图姆勒 (Laurenz Thümmler) 告诉 Space.com:“在 AIC 中,前身已经是恒星遗迹,触发因素不是其自身的演化,而是其伴星传递给它的物质。”
研究人员补充说,AIC始于白矮星形式的恒星残骸,而传统的中子星诞生路径始于一颗巨大的“活”恒星。然而,在 AIC 中,白矮星的坍缩过程与产生中子星的大质量恒星的坍缩过程非常相似。
正如图姆勒解释的那样,在这两种情况下,产生中子星的过程都涉及大质量恒星核心的内爆以及被称为“中微子”的快速粒子,这些粒子带走了事件中的能量。然而,“标准”大质量恒星坍缩情景的一个重要区别是,随后超新星和核心坍塌中子星的诞生发生在大质量恒星死亡碰撞期间喷射出的厚厚的物质包层内。然而,在 AIC 中,这种厚厚的物质包络并不存在。
“预计 AIC 会很弱且速度很快,这也是为什么与普通超新星相比,喷射出的物质如此之少。并非所有白矮星都能经历 AIC,这是要点。”
尽管 AIC 的理论已经存在多年,图姆勒和团队仍想知道白矮星需要哪些特征才能经历这种转变。他们开始使用 3 维模拟来研究这一问题。
里面的东西才是最重要的
大多数白矮星由碳和氧组成。然而,一些恒星坍缩形成由氧、氖和镁组成的白矮星。这种情况仅发生在较小范围的恒星质量中,这意味着这种成分代表了白矮星的少数群体。
当碳和氧白矮星被来自伴星或供体星的恒星物质过度供给时,它们最终会到达这些 钱德拉塞卡极限通常约为 1.4 个恒星质量。超过这个极限,它们就会成为超新星。然而,它们并没有因为这些“1a型”超新星而成为中子星,而是被彻底摧毁。氧、氖和镁白矮星由于其高密度而可以逃脱这种破坏。
图姆勒说:“它们通常比碳氧白矮星质量更大、密度更大,因此需要更少的额外质量来接近钱德拉塞卡极限。”
然而,Thümmler 和同事发现这并不是引发 AIC 的唯一条件。即使是白矮星也不能太贪心。
研究小组发现,吸积速率,或者说来自供体恒星的物质落到白矮星上的速率,必须落在一个相当窄的窗口内,以使 AIC 发生。
图姆勒说:“如果它太低,新星爆发可能会重新喷射出大部分吸积物质;如果它太高,风、包层膨胀或双星相互作用可能会阻止白矮星达到坍缩所需的条件。” “吸积必须足够快、足够稳定才能到达那里,而不会造成一路上的爆炸性燃烧。
“当这些条件成立时,电子被困在氖核和镁核上。这消除了支撑恒星的压力,然后坍缩随之而来。”
所有这些都意味着 AIC 预计将是罕见事件,尽管其发生率仍然高度不确定。
该团队还发现 AIC 周围的环境有些令人惊讶。
图姆勒说:“我们预计产生最重元素的富中子材料将出现在旋转轴上,因为那里是磁驱动流出最强的地方。” “这不起作用。”
相反,该团队的模型揭示了中纬度白矮星转变为中子星时出现的富含中子的物质。在这个区域,强磁场驱动的物质流出与携带能量的中微子加热的风发生碰撞。
图姆勒解释说,这很重要,因为这意味着这些事件看起来会有所不同,具体取决于我们观察它们的角度。
如何发现白矮星转变
Laurenz 说这些 AIC 可以通过以下方式识别: 维拉·鲁宾天文台 和其他望远镜将其视为持续两到三天的明亮紫外线和光学事件,可能伴随着 X 射线发射和更持久的射电发射。
然而,此类事件产生的中子星可能很难与以传统方式诞生的恒星遗迹区分开来。
图姆勒说:“预计它们将占据中子星质量分布的下部,因为正在塌缩的白矮星的质量接近钱德拉塞卡极限,并且喷射出的物质相对较少。” “然而,正常的恒星塌缩通道,尤其是那些涉及低质量前身的通道,也可以产生质量约为 1.1 至 1.4 个太阳质量的中子星,因此仅低质量并不能唯一地表明 AIC 起源。”
该团队尚未完成 AIC 的调查,Thümmler 解释说,主要有以下两种方法。
图姆勒说:“首先是通过更详细地跟踪放射性加热和能量注入,使预测的光变曲线更加可靠。” “这需要区分我们传输的能量 伽马射线, 它可以相对较早地从低质量喷射物中逸出,这种喷射物通过带电粒子更有效地沉积,同时模拟中子星风如何加热和加速富含重元素的物质。”
然后,该团队的模拟可用于追踪 AIC 喷射物的传播,并计算观察到的光曲线和光谱如何依赖于视角。
“这项工作目前正在进行中,”图姆勒说。 “另一个方向是测试爆炸几何结构的稳健性,因为我们当前的模型从相对简单的磁场配置开始,更复杂或倾斜的磁场可能会导致不同的角喷射模式。”
该团队的研究可作为预印本在论文存储库网站上查看 arXiv。








