嘿,伙计:碳星的神秘死亡就像六环马戏团一样上演

富含碳的恒星 V Hydrae 正处于最后一幕,到目前为止,它的死亡已被证明是宏伟而猛烈的。 研究这颗恒星的科学家发现了六个外流环(此处显示为复合材料),以及由物质爆炸性质量喷射到太空中产生的其他结构。 信用:阿尔玛(ESO/NAOJ/NRAO)/S。 达涅罗 (NRAO/AUI/NSF)

研究 V Hydrae (V Hya) 的科学家们以前所未有的细节目睹了这颗恒星神秘的死亡阵痛。 利用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 和哈勃太空望远镜 (HST) 的数据,该团队发现了六个缓慢膨胀的环和两个沙漏形结构,这些结构是由物质高速喷射到太空中引起的。 研究结果将发表在《天体物理学杂志》上。

V Hya 是一颗富含碳的渐近巨星分支 (AGB) 恒星,位于九头蛇星座,距离地球约 1,300 光年。 随着为核过程提供动力所需的燃料被剥离,超过 90% 的质量等于或大于太阳的恒星演变成 AGB 恒星。 在这数百万颗恒星中,V Hya 因其迄今为止独特的行为和特征而引起科学家们的特别兴趣,包括大约每 8.5 年发生一次的极端规模的等离子体喷发,以及几乎看不见的伴星的存在,它有助于V Hya 的爆发性行为。

“我们的研究极大地证实了关于 AGB 恒星怎样死亡的传统模型——通过 10 万年或更长时间通过缓慢、相对稳定的球形风大量喷射燃料——充其量是不完整的,或者在最坏的情况下是不正确的,”说Raghvendra Sahai 是美国宇航局喷气推进实验室的天文学家,也是该研究的首席研究员。 “很有可能一个 close 恒星或亚星伴星在它们的死亡中发挥着重要作用,了解双星相互作用的物理学对天体物理学来说既重要,也是其最大的挑战之一。 在 V Hya 的情况下,附近的一颗和假设的遥远伴星的组合至少在某种程度上是它六个环的存在以及导致恒星奇迹般死亡的高速流出的原因。”


科学家们首次观察到富含碳的渐近分支星(AGB)神秘的垂死挣扎。 V Hydrae 最后一幕的特点是物质大量喷射到太空中,导致六个环缓慢膨胀并形成两个沙漏形结构,如图所示。 信用:阿尔玛(ESO/NAOJ/NRAO)/S。 达涅罗 (NRAO/AUI/NSF)

加州大学洛杉矶分校的天文学家、该研究的合著者马克·莫里斯补充说:“九头蛇 V 已经被困在脱落其大气层的过程中——最终是它的大部分质量——这是大多数晚期红巨星所做的事情。令我们惊讶的是,我们发现在这种情况下,物质以一系列外流环的形式被排出。这是第一次也是唯一一次有人看到从 AGB 恒星喷出的气体可以流出以一系列不断扩大的‘烟圈’的形式。”

在大约 2100 年的时间里,这六个环从 V Hya 向外扩展,为恒星周围的高密度张开和扭曲的盘状结构增加了物质并推动了其生长。 该团队将这种结构称为 DUDE,或磁盘正在动态扩展。

“恒星演化的最终状态——当恒星经历从红巨星到最终成为白矮星残骸的转变时——是一个复杂的过程,目前还不太清楚,”莫里斯说。 “发现这个过程可能涉及气体环的喷射,同时产生高速、间歇性的物质射流,这为我们探索恒星怎样死亡的过程带来了新的迷人的皱纹。”

嘿,伙计:碳星的神秘死亡就像六环马戏团一样上演
研究垂死的富含碳的恒星 V Hya 的科学家们发现,当恒星排出其物质时,会形成六个缓慢膨胀的环。 此处以复合材料显示,这些流出环和第六环的扩散弧结构在 12CO 碳同位素发射线中适度可见,并且在 13CO 碳同位素视图中变得清晰。 这些环是以前未知的关于恒星死亡的故事的一部分,正在帮助科学家解开“最后一幕”中发生的事情。 信用:阿尔玛(ESO/NAOJ/NRAO)/S。 达涅罗 (NRAO/AUI/NSF)

Sahai 补充说:“V Hya 处于短暂但关键的过渡阶段,不会持续很长时间,在这个阶段很难找到明星,或者更确切地说是‘抓住他们的行动’。 我们很幸运,能够对 V Hya 中所有不同的质量损失现象进行成像,以更好地了解垂死的恒星在生命结束时是怎样失去质量的。”

除了一整套膨胀环和一个弯曲的圆盘外,V Hya 的最后一幕还具有两个沙漏形结构——以及一个额外的喷气式结构——它们以每小时超过 50 万英里(240公里/秒)。 之前在行星状星云中已经观察到大型沙漏结构,包括 MyCn 18(也称为雕刻沙漏星云),这是一个年轻的发射星云,距离地球约 8,000 光年,位于苍蝇星座的南部,以及更知名的南方蟹星云,一个发射星云,位于南半人马座,距离地球约 7,000 光年。

Sahai 说:“我们在 1981 年首次观察到存在非常快速的外流。然后,在 2022 年,我们发现了由 V Hya 高速喷射的紧凑等离子体团组成的喷射状流动。现在,我们发现了广角V Hya 的外流连接了这些点,揭示了在这颗超亮红巨星现在所处的进化阶段是怎样创建所有这些结构的。”

嘿,伙计:碳星的神秘死亡就像六环马戏团一样上演
V Hydrae 是一颗富含碳的恒星,位于 1,300 光年外的长蛇座。 这是最近观察的主题,揭示了恒星的猛烈死亡,其中包括在 V Hya 的情况下,等离子体向太空的爆炸性喷射,从而塑造了恒星周围的结构环境。 图片来源:IAU 和 Sky & Telescope

由于恒星周围尘埃的距离和密度,研究 V Hya 需要一种独特的仪器,该仪器能够清楚地看到非常遥远且大多数光学望远镜难以或不可能探测到的物质。 该团队使用了 ALMA 的 6 波段(1.23 毫米)和 7 波段(0.85 毫米)接收器,清楚地显示了这颗恒星的多个环和外流。

NRAO/ALMA 的天文学家和 NSF 项目官员乔·佩斯 (Joe Pesce) 说:“在低质量恒星的最后阶段,特别是在 AGB 阶段发生的过程长期以来一直让天文学家着迷,并且一直难以理解。” “ALMA 的能力和分辨率最终使我们能够以非凡的细节见证这些事件,以提供一些答案并增强我们对宇宙中大多数恒星发生的事件的理解。”

Sahai 补充说,将红外、光学和紫外数据纳入研究,创造了一幅完整的多波长图像,这可能是银河系中最伟大的表演之一,至少对天文学家来说是这样。 “每次我们以新的观察能力观察 V Hya 时,它就会变得越来越像一个马戏团,其特点是拥有更多种类的令人印象深刻的壮举。V Hydrae 的多个环和行为给我们留下了深刻的印象,因为我们自己的太阳可能是一个每天经历类似的命运,它让我们全神贯注。”