16萬光年外的巨型恆星：質量為太陽300倍

2012/8/19   (6386)   原稿來源: http://nature.cn.yahoo.com/ype

北京時間8月9日消息，據國外媒體報導，科學家們近日提出一項理論，或許將可以幫助揭開宇宙間最大的謎團之一。2010年，美國宇航局的科學家們發現4顆巨大的恆星，它們的大小讓所有此前已知的恆星相形見絀——它們的質量是太陽的300倍，超過了此前理論預計恆星能夠達到的最大質量的兩倍，這一反常現象讓科學家們感到困惑不解。

最近，德國波恩大學的研究人員表示，這些位於16萬光年外大麥哲倫星系一個星團中的巨型恆星可能是通過互相合併或吞噬其它恆星達成如此巨大的質量的。一直到2010年被首次發現之前，不管對於銀河系還是其它星系的觀測都認為，恆星的形成存在的最大質量上限大約是150倍太陽質量。這一質量上限應當具有普遍意義，因此它應當適用於任何恆星新生區。





波恩大學的帕維爾·克魯帕教授(Pavel Kroupa)是這一研究論文的合著者，他說：“恆星的質量上限和它們所生成的環境無關，看起來恆星的新生過程似乎在任何地方都是同樣的。”然而此次在R136星團中發現的這4顆反常的恆星對於這一已被廣泛接受的理論而言是一個大大的意外。於是這一波恩大學的小組，包括首席科學薩姆巴倫·巴內基博士(Sambaran Ba​​nerjee)和組員歐黃松(音譯：Seungkyung Oh)共同創建了一個類似E136星團的恆星相互作用模型。他們的計算機模擬逐個恆星逐個恆星的構建模型，盡可能接近真實的星團情形。最終他們創建的模型中包含了17萬顆緊密靠攏在一起的恆星。一開始，研究人員確保所有的恆星都擁有正常的質量值，並按照符合理論的分佈方式排列。



為了了解這一基本系統隨著時間推移將會如何發生變化，這一模型需要多次解算51萬條方程式。由於還要考慮核反應和每顆恆星在此過程中釋放出的能量，以及兩顆恆星相撞時發生的情況讓整個模擬過程更加困難重重，要知道恆星的相撞在恆星如此高密度分佈的環境下是非常普遍的。

這種高強度的逐個恆星計算推演的方式被稱作“直接N體模擬”。這是模擬星團最可靠也最精確的方式。薩姆巴倫表示：“一旦這些計算完成，我們很快便意識到這些超大質量恆星並不出人意料。它們出現在星團形成的早期階段。”

他說：“有那麼多的大質量恆星呈雙星形式出現，兩者之間相互距離很近，相互之間也不斷出現隨機的碰撞事件，在有些時候這種碰撞會轉化為兩顆恆星的相互合併形成一顆質量更大的恆星。其最終形成的產物很容易就可以解釋在星團R136中所觀察到的那種超大質量恆星。想像兩顆大質量恆星相互緊密繞轉，但是這兩者卻由於近旁其它大質量恆星的引力作用而被分開。如果它們最初的圓軌道受到足夠引力吸引而被拉長，當這種拉伸作用足夠大時，它們在接下來繼續相互繞轉的過程中就可能發生碰撞並合併成一顆單一的超大質量恆星。”

他說：“儘管當兩顆大質量恆星相撞事件實際發生時會牽涉到許多極其複雜的物理過程，但我們仍然認為這一模擬結果可以有說服力的解釋在這一星團中所觀察到的超大質量恆星現象。”克魯帕教授最後表示：“這樣的結果讓我們鬆了一口氣，因為這說明超大質量恆星的問題並不難以解釋。現有的恆星形成理論畢竟還是處處適用的。”