宇宙在逃恒星：超高速恒星以及它们与Ia型超新星之间的联系|宇宙在逃|彗星|白矮星|超高速恒星|银河系

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翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

https://aasnova.org/2024/10/18/on-the-run-hypervelocity-stars-and-their-links-to-type-ia-supernovae/

艺术家笔下两颗白矮星即将碰撞并以Ia型超新星爆发的景象。图片来源：美国国家航天局戈达德航天中心。

随着盖亚天文卫星（Gaia）绘制出越来越多的银河系地图，天文学家们发现了一部分银河系中移动速度最快的恒星。计算机模拟能把这些恒星与Ia型超新星难以解释的起源联系起来吗？

Ia型超新星的起源

Ia型超新星诞生于至少有一个白矮星的双星系统中；这些超新星是宇宙中关键的示距天体，它们让天文学家得以研究宇宙的膨胀。虽然它们非常重要，但我们还是不清楚这些爆发背后的细节及其前身星的特征。

天文学家们提出的Ia 型超新星形成机制之一是“双重引爆”（double-detonation）：白矮星从富氦输质星中吸积氦。被吸积的氦在碳-氧核周围形成一个薄壳，最终爆炸，使得冲击波穿过碳-氧核，并将其引爆。在强烈的爆炸之后，输质星得以在银河系中飞速穿越，双星系统也将不复存在。

盖亚最近发现了一颗“在逃”的氦燃烧恒星和超高速恒星。这些在银河系中飞驰的恒星的速度比一般的星族要快得多。这表明双重引爆可能导致了许多 Ia 型超新星的诞生。那关于双重引爆的计算机模拟能否预测这些快速移动的恒星的可观测特征，从而进一步揭示Ia型超新星的起源呢？

超新星抛射现象

当一颗富氦输质星受到其爆炸的白矮星伴星的物质和能量的轰击时，与超新星抛射物的相互作用会对输质星在星系中的运行轨迹以及它本身的性质和演化产生持久的影响。受这种相互作用和盖亚对超高速恒星观测的启发，加州大学圣巴巴拉分校的桑尼·王（Sunny Wong）及其合作者利用流体力学模拟以更高的清晰度追踪了超新星抛射物在其伴星上留下的持久印记。

他们的分析表明，当超新星抛射物撞击输质恒星时，输质恒星的部分物质会被卷起，并被拉向超新星冲击波的移动方向。超新星冲击波穿过输质恒星，压缩并推动恒星远离爆炸中心。随着冲击波波前的移动，输质星试图通过收缩和膨胀恢复平衡，向其周围的环境发出更小的冲击波。

计算机模拟展示了氦白矮星输质星模型中输质星物质的占比（左）和总密度（右）。第三行表明虽然大部分输质星的物质已经分散开来，但是有比较大的一部分（左侧灰线）被束缚在输质星中。冲击波的影响体现在右边密度分布的同心圆中。图片来源：王等人（2024）.

对于他们模拟的每一种前身星，王和他的研究团队都发现输质恒星体积变大，密度降低，半径增加。同时，输质星失去了一些原有的质量，但获得了一小部分超新星抛射物——这与观测到的超高速恒星被金属污染的大气层和较大的半径是一致的。

爆发后的演变

每种模拟的输质星（实现、点线和虚线）爆炸后在光度-温度空间（赫罗图）中的演化。图中绘制了四颗观测到的相关恒星（D6-2, GD492, J1332, US708）。图片来源：王等人（2024）

在这个领域中，对于识别的输质星尤为重要的是这些恒星如何在更长的时间尺度上演化，以及我们如何在当下观测到它们。王和研究团队进行了进一步的模拟来追踪每颗模拟的输质星在超新星事件发生后大约10年到1亿年间温度和光度变化。值得注意的是，一些观测到的超高速恒星似乎位于预测的演化轨道附近；这表明这些恒星可能是被Ia型超新星抛射出来的。

这项研究为Ia型超新星可能出现的双重引爆提供了重要证据。随着计算机模拟能力不断地提升，天文学家们将更有希望确定这些高能事件的前身星系统。

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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