探秘“双恒星”:是黑寡妇 也是吸血鬼
2022-07-25 13:32:34  作者:sillybird 编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

【有“黑寡妇”脉冲星的双恒星系】

当我们日复一日仰望天空的时候,我们所看到的始终是同一颗太阳孤独地升起又落下。但在整个银河系,如果有外星文明的话,他们可能正在享受着两天“太阳”的日出和日落。

因为他们的行星所围绕的主恒星是两颗而不是一颗。

银河系中有一半的恒星系统是双星系。这似乎是恒星系统形成和进化的共同根源。所以,我们不能只关注单星系统就认为我们拥有了完整的图景

事实上,在科幻小说和科幻影视剧,已经出现了双恒星系统或三恒星系。其中最著名的有双恒星系就是美国科幻电影《星球大战》了,而三恒星系则是我国著名的科幻小说家刘慈欣所创作的科幻小说《三体》了。

在电影《星球大战》中有一个场景,卢克·天行者站在塔图因星球的沙漠上,天空中有两颗“太阳”。

探秘“双恒星”:是黑寡妇 也是吸血鬼
电影《星球大战》中塔图因星球沙漠上天空中两个“太阳”

如果站在围绕双星系统的运行的行星上看两个“太阳”,我想一定是很酷的事情。那么真实的双星系统中的行星是否能适合生命生存呢?

科学家认为这要看双星系统是怎样的两颗恒星。如果其中一颗是“黑寡妇”脉冲星,那可就糟糕了。

脉冲星它的前身是一颗大质量的恒星,数十亿年前它以“老大哥”的身份诞生了。恒星越大,其消耗生命的速度越快。当这颗大恒星消亡时,它会以超新星的形式结束生命,并伴随着疯狂的大爆炸,留下的就是脉冲星。

这个老大哥的死引发了宇宙中最大的爆炸之一。在爆炸过程中,恒星的核心坍塌,将物质挤压成密度极高的球体。强烈的快速旋转的磁场引发了两束致命的辐射,脉冲星获得了“生命”。

脉冲星是宇宙中最神奇的怪物之一。它们直径只有10英里,但它们的质量至少是太阳的质量,有时甚至是太阳的两倍。

如果这个双星系统周围有行星并且上面有生命的话,肯定会随着超新星的爆发而灰飞烟灭了,但脉冲星的兄弟会幸运地逃过超新星老大的劫难,但它现在环绕着一个来自地狱的兄弟。

宇宙中,脉冲星周围就是无人区。对脉冲星附近的任何物体来说,绕脉冲星运行都是一种非常艰难的体验。

脉冲星会从它的两极喷射出大量的致命辐射。生活在脉冲星附近的行星如果被死亡的激光击中,那么这颗行星就会遭遇灭顶之灾。

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脉冲星与恒星组成的双星系

当然这些死亡射线不会永远持续下去,在几百万年的时间里,脉冲星会在自旋中死亡,这个邪恶的兄弟死了。

也许你会认为,另一颗恒星能平安度过余生了。的确,在这颗恒星的大部分生命时间里,它是安全的,能与它死亡的兄弟和平共处,相安无事。但随着这颗恒星步入老年,它们会往外扩张,成为红巨星。

对于一颗恒星来说,它可以膨胀到它喜欢的大小,但在双星系中,就有一个问题。

恒星膨胀时,外层离中心越远,离得越远,引力就越小。随着引力的减小,它们会达到一个叫做罗谢尔的极限。

罗谢尔极限很重要,因为它基本上告诉你一颗恒星在双星系统中最大可能的大小。在这个大小范围内,不会影响到另一颗恒星的引力影响。

罗谢尔极限类似于水库中的水坝,如果水库太满,水就会溢到溢洪道,这就是双星系所发生的事情。

恒星膨胀,最终到达它进入溢洪道的高度,它进入脉冲星的引力区域。现在,故事开始变得有趣了。一些红巨星的物质现在可以被合并到脉冲星中。

膨胀的红巨星无法保持住其外层,脉冲星开始进食了。物质流入脉冲星,将动力传递给脉冲星,使其旋转得越来越快,直到每秒旋转数百次。光束被点燃,我们的脉冲星又死而复生了。这个邪恶的兄弟开始象吸血鬼一样吞食着它兄弟的物质。

吸血鬼会一遍又一遍地死亡和复活,就像一个你杀不死的吸血鬼。红巨星使它的吸血鬼兄弟的寿命延长了数十亿年。

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黑寡妇脉冲星正在吞食兄弟恒星的物质

双星是导致毫秒脉冲星存在的最终原因。目前科学们知道有数百颗毫秒脉冲星散布在宇宙中。而且它们都是孤独地存在,他们的兄弟姐妹发生什么事了?

它们之所以存在,是因为它们吸走了伴星的生命。目前科学家们看到的毫秒脉冲星都是单独存在的,它们可能刚把同伴的尸体处理掉。

有一颗名称为PSR j1311-3430的毫秒脉冲星,它是一种被称为黑寡妇的稀有毫秒脉冲星。和黑寡妇蜘蛛一样,它也是致命的,它是宇宙中质量最大的快速旋转脉冲星之一。

放射出的辐射是普通脉冲星的100倍,黑寡妇脉冲星正处于物理学的边缘,再大一点就是黑洞了。

它有着惊人的强烈辐射,很难理解这些东西是如何存在的。但一般来说,宇宙的规律就是这样,宇宙又大又古老,如果它能发生,它就会发生。

每一次科学家们发现新的奇异物体,它都能让我们以一种前所未有的方式来检验物理定律。

黑寡妇脉冲星简直就是噩梦,它的辐射会将伴星加热到11600摄氏度以上,是我们太阳表面温度的两倍多。这简直就能让恒星湮灭。

众所周知,黑寡妇蜘蛛会吃掉它们的伴侣,而黑寡妇脉冲星就是这么做的,它实际上是利用来自伴星的物质加快自旋,然后将伴星完全湮灭。伴星消失了,被它的吸血鬼兄弟给谋杀了。

这是终极宇宙的忘恩负义,是伴星它让脉冲星在两次死亡后又复活了,但脉冲星却把伴星的整个身体都被完全掏空了,甚至没有一点尘埃能够表明它曾经存在过。

这些黑寡妇脉冲星就像是银河系中的杀手,它们不仅催毁了恒星还抹除了证据。这也就是为什么把这类脉冲星称为“黑寡妇”的原因。

所以当双星系统中有颗黑寡妇脉冲星时,两颗星就比一颗要糟糕得多。当然不是每个双星系统中都有一颗黑寡妇脉冲星。

【《星球大战》塔图因星球的世界】

两颗普通恒星能为外星世界创造一个适宜居住的绿洲吗?

科学家们认为,这是有可能的。系外文明很有可能存在于围绕两颗恒星而不是一颗恒星运行的系外行星上。

这些双星系无处不在,所以我们在电影《星球大战》中看到塔图因星球的天空可能是真实存在的。星球上可能有生命和文明,并且天空中可能有两个“太阳”。

我们的地球围绕着一个孤独的太阳运行,在一个可以让生命进化的安全区域,但我们的太阳是有一些“脾气”的。有时它会释放出高能粒子,从而产生北极光和南极光。但它仍然是一颗非常可靠的恒星。

当然以前不是这样的,当太阳更年轻的时候,它更活跃,也更猛烈。我们年轻的太阳自转速度比现在快10倍,导致其磁场扭曲缠绕,并发出巨大的太阳耀斑。太阳耀斑对行星的宜居性非常不利,尤其是当你离恒星非常近的时候。

太阳耀斑本质上代表着高能辐射,比如高能质子它们撞向大气层,并能带走大气层中的气体。

想象一下早期的太阳系,耀斑和太阳风暴攻击着岩石行星的大气层,致命的带电粒子可以一个分子一个分子地把它们撕碎。没有大气,液态水就无法存在,没有液态水就意味着没有生命。所以早期的太阳系是一个可怕的地方。

年轻的太阳是高度紊乱的,在我们的区域释放出大量的能量。它花了很长时间,大概5亿年左右,太阳系才平静下来。

但双星系统会怎样呢?能让事情变得更简单吗?

当行星围绕两颗恒星而不是一颗恒星运行时,年轻的恒星同样是非常狂暴和混乱的。

但在有两颗恒星的系统中,这些恒星的相互作用可以减缓它们的旋转。这意味着这种狂暴可以被减缓。所以它们不会那么猛烈,也不会那么频繁。任何年轻的行星如果形成了大气层,它就可以保持住。

探秘“双恒星”:是黑寡妇 也是吸血鬼
双星系统

所以,当涉及到行星上生命的出现时,很可能拥有两颗恒星会比拥有一颗好得多。

引力的相互作用,会减慢两颗近距离类太阳恒星的自转速度,给生命以发展的机会。

但不只是在一个行星世界上,而是在整个系统的许多行星上。

在一个恒星系的中间有两颗恒星时,行星会得到两倍的热量,两倍的光。这将把可居住区域,延伸到恒星系更远的地方。

所以,在又恒星系统中,可能真的会有一个像科幻电影中的那样的沙漠星球。

如此看来,两个太阳可以创造出比一个更好的恒星系统。但别高兴地太早,它们也可能使事情变得混乱。说不定,整个世界会以超高的速度被射入太空。

【超高速恒星】

在过去的十年里,科学家们观察到神秘的物体在银河系中疾驰。科学家称它们为超高速恒星。

当科学家们说超高速恒星时,那就意味着真正的超高速!科学家们观测到它们的移动速度高达每秒1000公里。

你要知道是恒星大小的东西,比如十亿吨质量的太阳或者类似的东西,被甩得比步枪子弹还要快!这简直是无法想象的。

这些超高速恒星源自于双星系,有东西把它们分开了……一个很大的东西。

要创造出一颗超高速恒星,你需要一个非常强大的引力源。我们所知道的强度最大的源是星系中心的黑洞。

银河系中心的超大质量黑洞,是人马座a星,它绝对是超大质量的,是太阳质量的400万倍。当双恒星离得太近时,黑洞的巨大引力将它们吸引过去。但离得最近的恒星会受到更强的引力,于是这个双星系就会被撕裂。

这有点像奥林匹克链球比赛,链球是双星系中的一颗恒星,奥林匹克选手是另一颗恒星。连接链球的绳子是两颗恒星之间的引力纽带。如果你切断这条线,另一颗恒星就会以非常非常高的速度飞走。

探秘“双恒星”:是黑寡妇 也是吸血鬼
超高速恒星形成示意图

一旦绳子被割断,两颗恒星就永远分离了。一个被困在黑洞的引力中,另一颗则被甩出银河系,成为名副其实的流星。

但这颗恒星可能并不孤单。如果一颗行星被引力束缚在一颗恒星上,而这颗恒星被系统抛出去了,那颗行星就可以搭上这颗恒星的便车。即恒星在哪里,行星就在哪里。

如果你在一颗超高速恒星周围的行星上,你将成为世界各地诗人和科学家羡慕的对象。因为你将拥有想象中的最令人惊叹的景色,从星系的最中心开始,你会看到超大质量黑洞的美丽景象。

在这颗超高速行星上,一代又一代的人将能欣赏到银河系令人兴奋的新景色。

当你被驱逐出去的时候,你会看到整个银河系的所有的东西,当你进入太空的时候,它会远离你,到谁也不知道的地方去。

超高速恒星与行星证明了宇宙比小说更奇异。随着科学家们对恒星和恒星系统的了解越来越多,即使是科幻作家最荒诞的想象,他也想象不出真正自然所能产生的东西。

这颗超高速恒星和这颗行星将踏上一生的旅程,但那颗被困在星系中心超大质量黑洞旁边的那颗伴星命运呢?

它也可能有一颗行星绕着它运行,但这是一个活在借来的时间的世界里。如果有一颗行星绕着那颗恒星运行,被超高速恒星甩在后面,那么这颗行星现在正围绕那颗绕着黑洞运行的恒星运行。

这可能不会持续很长时间,一般来说,这个小家伙的最终命运……就是被枪杀了。

既然有超高速恒星,那完全有可能存在超高速的流浪行星,即没有恒星的行星,同样以超高速从星系中喷射出来。

但这不是你想要的旅行,因为这个世界注定要在空虚的太空中永远孤独地徘徊。这颗行星的问题在于,它不再与恒星相连,所以它的外表面很可能会冻结。

所以双星系可以为行星创造奇怪的环境,可以看到星系中令人振奋的景色,也可以冰冻在冰冷的荒地上。

所以两颗星比一颗星好吗?看来也是要看情况的。

【接触双星】

随着科学家们对双星系统的观察,科学家们还发现了另一种非常有趣的双星系统。在这些双星系中双恒星并没有被撕裂,而是被捆在一起,两颗恒星非常接近,它们相互接触。科学家们把这类双星称为“接触双星”。

KIC 9832227就是这样的一个双星系统。这意味着这两颗恒星基本上是相互接触的。但它们都是独立的恒星,它们有一个共同的大气层或外层,一个大约是太阳质量的三分之一,另一个是太阳质量的1.4倍。它们每11小时围绕对方旋转。

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接触双星

2017年,卡尔文学院的科学家发现,这些双星离得更近了。他们计算并做出大胆的预测,这个双恒星不同于科学家们研究过的所有其他接触双星,因为他们相信这个双恒星,在未来的五年里会合并。

它们会螺旋状地结合在一起,然后爆炸。这个双恒星离我们足够近……只有1800光年远。所以当它爆炸时,它的亮度足以让你用肉眼看到。

如果两颗恒星碰撞在一起,就会形成众所周知的红新星。如果这是真的,如果你真的看到了它,那将是难以置信的。

因为它不仅验证了这个惊人的预测,而且我们在夜空中有新的东西可以看了。如果这真的发生了,这将是我们这代人有幸目睹的一场天文奇观。

因为,恒星的寿命都是有数十亿年的历史,而我们很幸运能在最后看到这一幕,我们只需要等几年的时间……

但是可惜的是,2018年的研究否定了KIC 9832227在2022年前后合并的预测。所以这个接触双星会什么时候合并,还不得而知。但相信应该不用太久了,也许看到此文的读者们在有生之年会有幸目睹的这个千载难逢的天文奇观。

事实上,笔者也在期盼着这一天文奇观的到来。

说到双恒星系,就不得不提到三恒星系。因为有时候,双星系其实是三星系。三星糸的世界也就是我国著名科幻小说家刘慈欣所著《三体》中的世界。

当双恒星系中多了另一个邻居时,引力动力学就会变得非常复杂。第三颗恒星会拉动着双星,将两颗绕着对方运行的恒星拉伸成一个狭长的轨道。

但这两颗恒星抵制这样方式,试图再次绕其轨道运行,这种前后的相互作用,会把第三颗恒星推得更远,同时把两颗恒星拉得更近。

这些恒星被挤在一起,它们的故事将会变得更加怪异。物质会从较小的恒星中流出,直到它的引力太弱而无法保持其位置……

这使它们的轨道更加紧密,移动也会越来越快,最后,较小的恒星会撞向较大的恒星,并把它撕裂……

于是,它们会向四面八方发射数以百万亿吨的碎片,这将是一个巨大的能量。爆炸的顶峰会比现在亮一万倍。

这种碰撞也将是一种创造行为,两颗恒星的核心将会碰撞并合为一个,形成一个超热的蓝色气体球——一颗新生的恒星。

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双星合二为一

所以,位于天鹅座的KIC 9832227,不远的将来,会由两颗老恒星产生一颗新恒星,将会开启一种全新的观察恒星诞生的方式。

在恒星周围,灼热的气体会向外膨胀,冷却时变成红色,成为红色新星。爆炸将产生一种崭新的光,就像夜空中的北极星一样明亮。我们能有这样的机会真是太了不起了,这不只是每个天文学家都想遇到的事,也是每个天文爱好者梦寐以求的事。

当然,我们离这对碰撞的双星情侣还是有安全距离的,所以不用担心它们会对地球造成什么影响。

但如果我们的星球就围绕在这个双星系上运行,那可就糟糕了。这将是一个非常非常有活力的事件,生命几乎不可能在这样的事件中存活下来。

当所有的能量涌入时,星球的大气层可能会被剥离。如果这个世界上有海洋,它们很可能会被蒸发。除了岩石,可能剩下的就很少了。

事实上,任何靠近的行星都会被烤熟。所以还是我们的地球最好,没有碰撞,没有爆炸,也没有戏剧性事件。

要确认两颗恒星比一颗好,就需要在双星系中找到岩石行星。但到目前为止,科学家们还没有解决这个问题……

【寻找双星系的岩石行星】

开普勒太空望远镜发现了数千颗围绕单一恒星运行的系外行星,使外星世界的搜索大开眼界。详细笔者之前的科普文《千奇百怪的外星世界》。

当然望远镜不仅仅是在观察单个恒星,它们也在搜索双星系。这也是科学家们最想找到一件事。如果我们在双星系中发现一个真正像地球一样的行星,这将是一个不可思议的发现。

所以在很多方面,如果在双星系统中发现了岩石行星,那肯定会是一个大新闻,肯定能上头条。

但事实证明,在双星系中寻找岩石行星是件非常困难的事。科学家们已经发现了绕双星系运行的行星,这在科学家们对宇宙运作方式的理解上是一个巨大的飞跃。

不幸的是,这些行星都是气态巨行星,它们不适合形成生命。外星文明要想在两个太阳周围生存,就需要坚实的地面。到目前为止,科学家们对科幻世界的探索还没有结果。

现在有些科学家甚至在思考,也许双星周围并不存在岩石行星。什么原因是目前还不知道。如果是这样的话,这就意味着塔图因星球将不复存在。

双星是否会使岩石行星不可能形成?

如果有一颗试图在双星系周围形成的行星,中间的引力总是在变化的。现在不是一颗恒星,而是两颗恒星围绕彼此运行。

这两颗新生恒星开始了引力拉锯战,它们之间的物质被拉向不同的方向,使得岩石碎片和灰尘难以粘在一起。

这个恒星系似乎太混乱了,无法形成岩态行星。复杂的引力作用使许多潜在轨道失去稳定,对于一个年轻的行星来说,想要在这个双星系统周围找到一个稳定的持续数十亿年的长期家园的机会并不多。

相对来说,被恒星驱逐或消耗却是比较容易的。那么,为什么岩石行星不能生存,而气态巨行星却可以?

科学家们认为岩石行星倾向于在恒星附近形成,那里温暖宜人,而在更远的地方,那里较冷,就会形成气态巨行星。

所以,如果有一个双星系它就会像一个引力龙卷风把所有的岩石物质都刮出来。只剩下更远地方的冰冷物质,这些物质在就可以形成气态巨行星。

如果一个双星系是一个城市,那么这些气体巨星就在郊区。而郊区就是一个远离两颗恒星相互竞争引力的好地方。

看来也许还一星系比两星系更好,气态巨行星不适合生命存在。这些就是我们在双星系中发现的行星,我们之所以在这里的原因可能就是我们有一颗恒星而不是两颗恒星。

但2017年,一项距离地球约2000光年的发现给了科学家们新的希望。科学家们发现一个双星系,它其中一颗为白矮星,是像我们太阳这样的恒星的核心。当它变得非常老的时候,它的外层已经被吹走了,剩下的就是白矮星。

它的轨道上有一颗褐矮星,这是一颗介于行星和恒星之间的星体。

科学家们把这个双星命名为“SDSS 1557”。这个双星系最令人兴奋的地方是,科学家们发现了岩石碎片,看到了构成行星的基本成分的物质。

这是一个非常令人兴奋的发现,因为科学家们看到了小行星和岩石的残余围绕着这个古老的双星系运行。而在此之前科学家们认为,这个系统不可能有岩石类型的物质存在。

这个双星系已经有数十亿年的历史了,在这段时间里,岩石物质并没有被彻底清除,它活了下来。也许这将是科学家们寻找有两个太阳的岩石行星的一个巨大的“踏脚石”。

因此这是一个标志,表明岩石行星可以在双星系周围形成。在SDS 1557附近可能仍然存在行星物体,只是科学家们还没看到它们,但它们可能还在那里。

搜寻工作仍在继续……

一颗围绕两颗恒星运行的岩石行星可能真的存在,所以,对于那些希望看到那个有着双重日落的塔图因星球的人,这些碎片场实际上给了他们希望。

也许至少,这种条件还是有可能在双星周围形成岩态行星的。

【我们的太阳有双胞胎吗?】

2017年的一项新的研究让科学家们对太阳的理解提出了质疑。这是天文学家第一次能够窥视形成恒星的星云内部。令人惊奇的是,有证据表明每一颗类日恒星都是作为双星的一部分形成的。

科学家们研究了英仙座分子云,这是一个距离我们750光年的恒星托儿所,里面充满了像太阳一样的恒星。它们中的许多都处于宽阔的双星系中,在围绕彼此的巨大轨道上运行,跨度长达数百光年或更久。

所有这些双星都是婴儿,不到50万年。解释这些年轻恒星系是如何形成的,唯一途径就是……它们都不是单独的,而是成对的。

根据统计数据和科学家们对这些形成恒星的星云内部情况的理解,太阳很有可能是由一个双胞胎形成的。

大约45亿年前,我们的太阳突然有了一个兄弟姐妹。现在这个双胞胎恒星有可能还在我们看不到的遥远轨道上运行吗?

有一种观点认为,太阳可能有一个绰号为涅墨西斯的伴星。它在太阳系中绕着很遥远的轨道运行,远远超过了海王星的轨道。

科学家们试图寻找这颗恒星,但一无所获。他们用望远镜观测过天空,包括红外观测。这些类型的物体会非常明亮,然而科学家们多次扫视整个天空,但什么也没看到。

我们太阳的兄弟到底发生了什么,至今还是个谜。

我们的太阳系是如何变成一颗恒星的系统而不是双星系呢?如果那颗伴星现在不在我们的轨道上运行,那它可能早就离开我们的系统了。

随着时间的推移,一些双星会靠得很近并保持在一起,而另一些则会被撕裂而完全失去彼此。很有可能,我们的太阳,在某个时候有一个双胞胎被喷射出去。

我们不知道我们的姐妹星是什么时候被夺走的。它可能已经在银河系的另一边了。

但在科学家们见识了双星系的一切之后,我们又觉得很庆幸,如果没有它,情况可能会好得多。

虽然双重日落会更美,但只有你活着的时候才会更美。

看来我们是在一个非常幸运的地方,太阳非常稳定,它是一颗单星。我们在一个很好的轨道上围绕着它。

至于两颗恒星是否比一颗恒星更适合生命存在,在科学家们找到这些外星世界之前,这仍是一个悬而未决的问题。

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