20世紀30年代天文學家發現一種奇怪的天體,它既“冷”卻又“熱”

這已經是20世紀30年代的事了。當時天文學家在觀測星空時發現了一種奇怪的天體,對它的光譜進行分析表明,它既是“冷”的,只有ニ三千度,同時又是十分熱的,達到幾十萬度。也就是說,冷熱共生在一個天體上。1941年,天文學界把它定名為“共生星”。它是一種同時兼有冷星光譜特徵(低溫吸收線)和高溫發射星雲光譜(高溫發射線)的複合光譜的特殊天體。幾十年來已經發現了約100個這種怪星。許多天文學家為解開怪星之謎耗費了畢生精力。

20世紀30年代天文學家發現一種奇怪的天體,它既“冷”卻又“熱”

最初,一些天文學家提出了“單星”說,認為,這種共生星中心是一個屬於紅巨星之類的冷星,周圍有一層高溫星雲包層。紅巨星是一種處於比較晚期的恆星,它的密度很小,體積比太陽大得多,表面溫度只有二三千度。可是星雲包層的高溫從何而來呢?人們無法解釋。太陽表面溫度只有6000度,而它周圍的包層一一日冕的溫度卻達到百萬度以上,能不能用它來解釋共生星現象呢?日冕的物質非常稀薄,完全不同於共生星的星雲包層。因此,太陽不算共生星,也不能用來解釋共生星之謎。

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也有人提出了“雙星”說,認為共星是由一個冷的紅巨星和一個熱的矮星(密度大而體積相對較小的恆星)組成的雙星。但是,當時光學觀測所能達到的解析度不算太高,其他觀測手段尚未發展起來,人們透過光學觀測和紅移測量測不出雙星繞共同質心旋轉的現象。而這是確定是否為雙星的最基本物質特徵之一。

1981年的討論會上,人們只是交流了共生星的光譜和光度特徵的觀測結果,從理論上探討了共生星現象的物理過程和演化問題。在那以後,觀測手段有了很大發展。天文學家用X射線、紫外線、可見光、紅外線到射電波段對共生星進行了大量觀測,積累了許多資料。共生星之謎在逐步揭開。

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近些年,天文學家用可見光波段對冷星光譜進行的高精度視向速度測量證明,不少共生星的冷星有環繞它和熱星的公共質心執行的軌道運動,這有利於說明共生星是雙星。人們還透過具有高的空間解析度的射電波段進行探測,查明瞭許多共生星的星雲包層結構圖,並認為有些共生星上存在“雙極流”現象(從一個星的兩個極區向外噴射物質)。現在,大多數天文學家都認為,共生星可能是由一個低溫的紅巨星或超紅巨星和一個具有極高溫度的看不見的極小的熱星,以及環繞在它們周圍的公共熱星雲包層組成。並證明它是一種處於恆星演化晚期階段的天體。

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有的天文學家對共生星現象提出了這樣一種理論模型:共生星中的低溫巨星或超巨星體積不斷膨脹,其物質不斷外溢,並被鄰近的高溫矮星吸積,形成一個巨大的圓盤,即所謂的“吸積盤”。吸積過程中會產生強烈的衝擊波和高溫。由於它們距離我們太遠,我們區分不出它們是兩個恆星,而看起來像是熱星雲包在一顆冷星的外圍。

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有的共生星屬於類新星。類新星是一種經常爆發的恆星。所謂爆發是指恆星由於某種突然發生的十分激烈的物理過程而導致能量大量釋放和星的亮度驟增許多倍的現象。仙女座Z型星是這類星中比較典型的,它是由一個冷的巨星和一個熱的矮星外包激發態星雲組成的雙星系統,具有低溫吸收線和高溫發射線並存的典型的共生星光譜特徵。它經常爆發,爆發時亮度可增大數十倍。

但是雙星說並未能最終確立自己的地位。這其中一個重要原因是迄今為止未能觀測到共生星中的熱星。科學家只不過是根據激發星雲所屬的高溫間接推斷熱星的存在,從理論上判斷它是表面溫度高達幾十萬度的矮星。許多天文學家都認為,對熱星本質的探索,應當是今後共生星研究的重點方向之一。另外,還要加強對雙星軌道的測量,並進一步收集關於冷星的資料,以探討其穩定性。

天文學家指出,對共生星亮度變化的監視有重要意義。透過不間斷地監視可以瞭解其變化的週期性,及有沒有爆發,從而有助於揭開共生星之謎,這對恆星物理和恆星演化的研究都有重要的意義。但要徹底揭開這個啞迷看來還需要付出許多艱苦的努力。