潮水翻滚着涌向海滩,海浪拍打在岸边,溅起了浪花和泡沫。近期发表于《自然·天文学》的一项研究显示,在距离地球数光年之外的地方,正上演着相似的场景,只不过是以更大的规模:炽热的气体不断膨胀,气浪长到了三四个太阳的高度后,拍打在一颗超巨星的表面。
在被称为心跳星的偏心双星系统中,一颗恒星在与其伴星相互绕转时,会扭曲伴星的形状——有点像月球绕地球运转会在地表引发潮汐的方式。在伴星的牵引下,由热气体构成的恒星潮汐通常可以膨胀到恒星总直径的0.1%左右,导致恒星系统的亮度发生变化。而天文学家可以在地球上检测到这种变化。
美国哈佛-史密森尼天体物理中心的天体物理学家摩根·麦克劳德(Morgan MacLeod,这项研究的共同作者)表示,距离我们20万光年的MACHO 80.7443.1718双星系统非常特别。这个系统中较小的恒星同样会在另一颗较大的恒星上引发潮汐效应,但它引起的潮汐振幅达到了较大恒星体积的20%,将它扭曲成了“橄榄球”的形状。麦克劳德很想知道:“这颗恒星如何能支撑住如此巨大的波浪?”
简而言之,它并不能。麦克劳德和同事亚伯拉罕·洛布(Abraham Loeb)用计算机模拟了恒星运动的过程,发现这个系统最终将无法维持如此巨大的潮汐波浪。双星绕转的轨道距离正在缩小,而潮汐波浪拍打恒星后产生的热气体和碎片喷射也导致较大恒星不断地消耗质量。研究人员给这对注定要迎来悲惨结局的双星系统起了一个绰号:“心碎”双星。
美国加州理工学院的天体物理学家詹姆斯·富勒(James Fuller,未参与这项研究)说:“这个系统里,两颗恒星在轨道上非常接近,它们的相互作用也比我们通常在其他系统中观测到的要更猛烈。”由于系统中较大的恒星(其质量约为太阳的35倍)不断从较小的恒星那里吸积物质,年复一年,两颗恒星的距离也越来越近。麦克劳德推测,随着轨道距离进一步缩小,潮汐波浪只会变得更强烈。
但物理学家还不清楚这两颗恒星最终是否会发生碰撞,而后合并成一颗。
美国空间望远镜研究所的天文学家苏珊·E.马拉利(Susan E. Mullally,未参与这项研究)认为,双星相互作用的研究或许能帮助天体物理学家预测它们的最终结局。大质量恒星在生命的终局,要么坍缩成黑洞,要么失速成为中子星——但对于这样的“心碎”恒星系统,科学家还不知道会是哪一种结局。
马拉利说:“如果一颗大质量恒星的生命中,有大部分时间都在和另一颗恒星发生相互作用,这或许会对双星系统最后的演化产生有趣的影响。”