天文学
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最后更新:2024年10月5日

什么是坍缩星?

坍缩星的示意图
图像描述:第谷超新星(SN 1572)是1572年出现在仙后座的一颗新星。它肉眼可见,并于1572年11月11日被第谷·布拉赫观测到,当时其亮度超过金星。第谷·布拉赫注意到该天体的位置相对于恒星固定不动,与行星不同。他因此断定这不是行星,而是一颗恒星。到1574年3月,它已降至肉眼可见阈值以下。图像来源公共领域:钱德拉X射线望远镜、斯皮策太空望远镜及卡拉尔阿尔托天文台合成的SN 1572影像。

坍缩星的起源与科学定义

“坍缩星”一词由“坍缩”和“类星体”组合而成,于20世纪90年代提出,用于描述大质量恒星因引力坍缩形成黑洞、产生相对论性喷流及伽马辐射的现象。 坍缩星尤其与长时伽马射线暴(持续时间超过两秒)相关,其源于大质量恒星坍缩及黑洞的快速形成。

引力坍缩机制

塌缩星是一种天体物理现象,源于大质量恒星(通常质量超过太阳20倍)的引力坍缩。该过程会导致黑洞的形成,并可能成为伽马射线暴的起源——这是宇宙中观测到的最剧烈能量释放事件之一。

在其生命末期,大质量恒星耗尽核燃料,导致铁核形成。与较轻元素不同,铁聚变不会释放能量。因此,核心无法再产生抵抗引力所需的压力。当核心质量超过钱德拉塞卡极限(约1.4倍太阳质量)时,它会在自身重力作用下坍缩。若残余核心质量超过约3倍太阳质量,恒星将坍缩成黑洞。

黑洞的形成与吸积盘动力学

当坍缩星形成时,坍缩的恒星核心持续积累物质,在形成的黑洞周围形成吸积盘。该盘因极端引力和内部摩擦加热,释放出巨大能量。盘中的物质被加速至相对论速度,部分以强喷流形式喷出,通常与恒星的磁极对齐。

关联伽马暴

与坍缩星相关的伽马射线暴(GRBs)是明亮的伽马辐射爆发。当相对论性物质喷流穿透恒星外层并逃逸至太空时,便会形成此类现象。伽马射线暴在短短数秒内释放的能量极为巨大,可达约$10^{44}$焦耳。这些事件使我们得以研究广义相对论、等离子体物理以及大质量恒星演化等极端现象。

总结

星系中的坍缩现象极为普遍,其坍缩机制已为学界所认知。坍缩星通过与黑洞形成及伽马射线暴的关联,成为理解大质量恒星演化及宇宙极端机制的关键天体物理现象。观测伽马射线暴与坍缩星,使我们得以探索能量与引力达到极致、甚至挑战当前物理学极限的宇宙现象。

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