详解!当黑洞、中子星、恒星和行星相撞时会发作什么?

发布时间 2018年08月18日 21:13    编辑:landyliao    来源:博科园

人类文明科学技术的前进,天文学及其它科学范畴的研讨开展,现在咱们知道,世界现已存在了将近138.2亿年:有满足的时刻让引力将物质拉入星团和坍缩的天体中。到目前为止,世界中充满了行星、恒星、星系,乃至更大的结构,它们都是在世界胀大的布景下结合在一起。

两颗中子星相撞,这是世界中许多最重(周期表)元素的首要来历,在这样的磕碰中,大约有3-5%的质量被释放出,剩余的就变成了一个黑洞。图片:DANA BERRY, SKYWORKS DIGITAL, INC.

博科园-科学科普:但工作并不是那么简略,在咱们的银河系中,虽然空间很大,但实践上有上万亿个天体在数十亿年的时刻尺度上运动。有些体系中会有多个天体,其之间的磕碰不仅是可能的,并且是不可避免的。不管何时发作磕碰或兼并,都会改动幸存下来的东西,下面就跟咱们说说世界这些发作的故事。

当一个天体与一颗行星相撞时,它会发作碎片并导致邻近卫星的构成。这就是地球卫星月亮的来源,也是火星和冥王星卫星相同呈现的方法。图片:ASA/JPL-CALTECH

Top6、行星和行星的磕碰

在太阳系前期,可能有超越八颗行星,木星和海王星之间可能有第五颗气态巨星,最佳模仿成果标明它被弹出。但在太阳系内部,信任有一颗火星巨细天体界与年青的地球相撞,发作了巨大的碎片云,这些碎片集合在一起构成了现在的月球,巨大的碰击假说现已被一系列依据证明,包含从阿波罗登月使射中带回的月球样本。

与今日看到的两个卫星不同,一个行星盘的磕碰可能导致构成了火星三颗卫星,在那里只要两个卫星存活了下来。图片:LABEX UNIVEARTHS / UNIVERSIT PARIS DIDEROT

除此之外,也有一些适当好的依据标明火星卫星是被磕碰发明出来的,还有第三颗,更大,但后来又落回到火星上,那是一次大型的原行星磕碰。从科学家所做的一切模仿和堆集依据来看,相似巨细的岩石行星在太阳系构成前期阶段常常发作磕碰。当它们相撞时,就会构成一颗更大的行星,但由碎片组成的云团会集合在一起,构成一颗邻近的大型卫星,以及几颗更小、更远的卫星。冥王星-卡戎星系就是一个有目共睹的比方。

由于引力波的效果,像两颗“别离”棕矮星那样的“旋进”和“兼并”场景需求很长时刻。可是磕碰是很有可能发作的。就像红星磕碰发作蓝矮星相同,棕矮星磕碰发作红矮星。在满足长的时刻尺度内,这些“光点”可能成为照亮世界的仅有光源。图片:MELVYN B. DAVIES, NATURE 462, 991-992 (2009)

Top5、棕矮星与棕矮星磕碰

想要成为一颗恒星,可是当第一次发作的气体云崩塌时,没有堆集满足的质量然后构成行星?那么还有第2次时机!棕矮星就像质量十分大的气体巨星,质量是木星的十几倍,温度(约100万K)和中心的压力足以点着氘聚变,但无法点着氢聚变。棕矮星也发作了自己的光,坚持相对的低温,并且也不是实在的恒星。质量是太阳质量的1%到7.5%不等,是世界中失利的恒星。可是假如在两个在双星体系中,或许两个在完全不同的体系中偶然磕碰,一切的一切都会在一会儿改动。

这是构成Luhman 16的两个棕矮星,它们终究可能兼并成一颗恒星。图片:NASA/JPL/GEMINI OBSERVATORY/AURA/NSF

原因是这些失利恒星的组成几乎没有随时刻改变,依然由70-75%的氢组成,当它们交融在一起时,依然具有一切未焚烧的燃料。假如兼并后的总质量现在超越0.075太阳质量临界值,将会发明出一颗新恒星!在一个天体中有这么多的质量,温度会上升到超越400万K的临界温度来点着氢聚变。将会发明出一颗红矮星:一个实在的m级恒星,而不是两个棕矮星。邻近的双星体系Luhman 16,离咱们只要6.5光年远,它十分接近于具有终究成为红矮星所需的准确参数。

这是一种球状星团Terzan 5,与银河系的曩昔有着一起联络。令人难以置信的陈旧恒星能够在球状星团中找到,这些球状星团是在银河系邻近呈现的第一批恒星构成“爆破”遗址。但是,偶然在里面看到的蓝色恒星通知咱们,这个故事还有更多东西。图片:NASA/ESA/HUBBLE/F. FERRARO

Top4、两颗恒星磕碰

恒星质量千差万别,质量较低的恒星显得更红、温度更低,燃料的焚烧速度也较慢,而质量较高的恒星则更蓝、更热,寿数较短。当调查星团时能够经过调查剩余质量最高的恒星来了解它们的年纪,由于质量最大的恒星逝世速度最快。但是当调查一些最陈旧的星团时,会发现这些星团的色彩比咱们应该看到的更蓝、更热,它们底子无法与周围的其他恒星相匹配。但是这些蓝色离散的恒星是实在存在的,它们有一个美妙的解说:恒星磕碰。

在插图中圈出的蓝色离散恒星,是在较老的恒星或乃至恒星残骸兼并在一起时构成。在颗恒星燃尽之后,相同的进程也会给世界带来光亮,虽然是时间短的。图片:NASA, ESA, W. CLARKSON (INDIANA UNIVERSITY AND UCLA), AND K. SAHU (STSCL)

恣意两颗(或更多)恒星兼并,会构成一颗更大的恒星。即便剩余的都是更红的恒星,比方0.7倍太阳质量和0.8倍太阳质量的恒星,假如它们兼并在一起,就能发作更蓝(1.5倍太阳质量)的恒星,即便它们地点的星团太老了,现已没有剩余1.5倍太阳质量的恒星了。蓝离散星在密布的球状星团环境中很常见,这标明即便在一切像太阳这么大的恒星燃料被烧完之后好久,世界依然会经过引力兼并来发明新的恒星。

对多信使天文学来说,终究事情是两颗白矮星的兼并,这两个白矮星离地球满足近,能够一起探测到中微子、光和引力波。已知这些物领会发作Ia型超新星。图片:NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

Top3、白矮星与白矮星磕碰

正常的主序恒星在它生射中,焚烧了它将会焚烧的一切燃料,中心变成了一颗白矮星(也未来太阳的命运)。然后在星际空间的深处漂浮着,有时机与另一颗白矮星相撞。白矮星与白矮星的磕碰会导致Ia型超新星发作,这可能是这些大灾难发作的最常见方法。当这样的事情发作时,恒星会阅历一场失控的聚变反应,释放出很多的光和能量,并完全炸毁导致该事情的白矮星。

两颗兼并中子星的插图,图片:NSF / LIGO / SONOMA STATE UNIVERSITY / A. SIMONNET

Top2、中子星与中子星磕碰

中子星比那些发作白矮星更大的恒星发作,中子星一般存在于多恒星体系中。再一次察到两颗中子星在一个双星体系中兼并:一个kilonova事情。当这种状况发作时,很多的能量被释放出来,很多的物质被喷发出来。2017年发作的重大事情标志着在引力波和电磁辐射中初次观测到同一天体。

恒星残骸质量能够用许多不同的方法来丈量。这张图显现了经过电磁观测(紫色)检测到黑洞的质量;由引力波观测丈量的黑洞(蓝色);用电磁观测丈量的中子星(黄色);在GW170817事情中兼并的中子星质量在引力波(橙色)中被探测到。兼并的成果是一颗中子星,时间短地,又敏捷变成了一个黑洞。图片:LIGO-VIRGO/FRANK ELAVSKY/NORTHWESTERN

假如两颗中子星兼并,将会有三种成果:

1、变成一个质量更大的中子星(总质量小于2.5倍太阳质量)

2、变成一颗自旋的中子星,然后坍缩成黑洞(总质量低于2.75倍太阳质量)

3、或直接坍缩成黑洞(总质量超越2.75倍太阳质量)

在未来的几年和几十年里,科学家期望调查到许多这样的事情,以进一步完善这些定论的准确性。

图示为两个黑洞兼并的比方,与LIGO第一次看到的质量适当。在一些星系的中心,超大质量的双星黑洞可能存在,发作信号远比这幅图所显现的要强大得多。图片:SXS, THE SIMULATING EXTREME SPACETIMES (SXS) PROJECT (HTTP://WWW.BLACK-HOLES.ORG)

Top1、黑洞与黑洞磕碰

黑洞和黑洞兼并会得到一个更大的黑洞,但有一个问题:大约会丢失5%的质量!人类第一次看到的是一个36倍太阳质量黑洞与29倍太阳质量黑洞的磕碰兼并,它们发明了一个更大的黑洞,但其终究质量只要62倍太阳质量!一共丢失三个太阳的质量。

丢失的质量去了哪里?它是以引力辐射的方式发射出来:LIGO探测到的引力波在十亿光年之外的地球。在继续不到一秒钟的时间短时刻内,两个兼并的黑洞向可观测世界释放出的能量比其内部一切恒星加起来还要多。

现在美国华盛顿州的LIGO Hanford天文台与洛杉矶利文斯顿市的LIGO Hanford天文台和意大利的VIRGO天文台协作一起观测。图片:CALTECH/MIT/LIGO LABORATORY

估计还会发作其他磕碰,如黑洞和中子星、中子星和白矮星、中子星和一般恒星,乃至是黑洞和恒星。活泼星系或微型类星体等物体可能是由吞噬恒星或气体云的黑洞触发。但是还没有调查到这些磕碰发作时的任何状况,虽然现已发现了一个“Thorne-Zytkow”候选天体:一颗坐落红巨星中心的中子星。

世界是一个十分大的当地,但它远不是空的。特别是在星系和球状星团中,行星、恒星和恒星残骸是十分多的,而像这样的磕碰是不可避免的会时有发作。成果怎么?想要知道答案,都需求咱们去尽力去探寻这些世界事情的奥妙!你觉得答案会自己跑来通知你吗?

博科园-科学科普|文:Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

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