Astronomers crack mystery of the 怪物 stars

2010年,科学家发现了四个‘monster’大小的恒星,最重的恒星比我们的太阳重300倍。尽管这些奇异的物体具有令人难以置信的亮度,但它们位于附近的大麦哲伦星系星系中的R136巨型星团中。到目前为止,在其他任何地方都找不到奇怪的地方。现在,波恩大学的一组天文学家有了一个新的解释:超质量恒星是由较紧的双星系统中的较轻恒星合并而成的。该小组在《皇家天文学会月刊》上发表了他们的研究结果。

大麦哲伦星云(LMC)距我们16万光年,是我们生活的银河系中的第三颗人造卫星,约有100亿颗恒星。 LMC有许多恒星形成区域,迄今为止最活跃的是直径1000光年的恒星‘Tarantula Nebula’找到四颗超大质量恒星的地方。这种气体和尘埃云是LMC中恒星的高度繁殖地,也被称为“30 Doradus”(30 Dor)复杂。靠近30 Dor的中心是R136,这不仅是LMC,而且是整个LMC上最亮的恒星苗圃‘Local Group’超过50个星系(包括我们的星系)和令人困惑的超大质量恒星的位置。

Wolf-Rayet恒星R136a1的图像,是已知最重的恒星。图片来源:维基百科。点击照片放大

在2010年发现这些天体之前,对银河系和其他星系的观测表明,当今宇宙中形成的恒星的上限约为太阳质量的150倍。这个值代表一个普遍的极限,似乎适用于任何恒星形成的地方。

“无论恒星诞生地如何,不仅上限的质量上限而且任何新生恒星集合的全部质量成分都看起来相同”是新论文的合著者,波恩大学的Pavel Kroupa博士说。“恒星诞生的过程似乎是普遍的”.

R136中新发现的四颗超亮超大质量恒星是这个公认的极限的一个例外。他们的发现是否意味着30 Dor区的恒星诞生与宇宙中其他地方的发生方式大不相同?如果是这样,它将挑战恒星形成过程的普遍性,这是现代天文学的基本前提。

波恩小组还包括首席研究员Sambaran Banerjee博士和团队成员Seungkyung Oh,对类似R136的星团中恒星之间的相互作用进行了建模。他们的计算机仿真将模型星团逐颗星地组装在一起,从而尽可能类似于真实星团,从而创建了一个由170,000颗星紧密排列在一起的星团。一开始,承庆保证所有的恒星都是正常质量的,并且按照预期的方式分布。

为了计算甚至这个相对基本的系统如何随时间变化,该模型必须多次求解510,000个方程。核反应的影响使模拟变得复杂,因此每颗恒星释放出的能量以及两颗恒星碰撞时会发生什么,在如此拥挤的环境中经常发生。

这些高度密集的逐星计算被称为‘直接N体模拟’并且是对恒星团进行建模的最可靠,最准确的方法。波恩研究人员使用了N体集成代码“NBODY6”,主要由剑桥天文研究所的Sverre Aarseth开发,并利用安装在其他普通工作站上的视频游戏卡前所未有的硬件加速优势来快速进行计算。

“考虑到所有这些成分,我们的R136模型是有史以来最困难和最密集的N体计算”帕维尔和成京说。

“完成这些计算后,很快就可以清楚地知道超质量恒星不是谜”, adds Sambaran. “它们开始出现在集群寿命的早期。如此大量的恒星紧紧地以双星对排列,它们彼此紧密地排列在一起,经常发生随机的相遇,其中一些相撞会导致两颗恒星合并成较重的物体。这样,产生的恒星就可以很容易地像R136中看到的那样变得超大质量。

“想象一下,两个笨重的恒星彼此紧密环绕,但是二重星在附近的恒星引力吸引下被拉开了。如果它们最初的圆形轨道伸展得足够长,那么恒星在经过并形成单个超大质量恒星时会相互碰撞”, Sambaran explains.

“Although extremely complicated physics is 在volved when two very massive stars collide, we still find it quite convincing that this explains the 怪物 stars seen 在 the Tarantula”, says Banerjee.

“This helps us relax”, concludes Kroupa, “因为碰撞意味着超质量恒星更容易解释。毕竟恒星形成的普遍性。”

经以下许可重新发布 皇家天文学会.

地球天空