全球天文学家都在等待的80年一遇的新星爆发

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翻译：张瀚之

校对：牧夫校对组

编排：张莹

后台：朱宸宇

https://phys.org/news/2024-09-qa-astronomers-await-year-stellar.html

托尼·皮罗在读博士时制作的一个北冕座T（T CrB）的示意图。图片来源：托尼·皮罗。

近期，华盛顿卡内基研究所的理论天体物理学家托尼·皮罗回答了一些网络上讨论北冕座T的一些热点话题。北冕座T是位于北冕座的一颗再发新星。它最早是由约翰·伯明翰在1866年爆发时发现。北冕座T每80年爆发一次，下一次爆发将在未来几个月内。

我们近期看到了很多关于很快要发生新星爆发的新闻？

托尼·皮罗：是的，马上要爆发的是北冕座T。它是由一颗白矮星和一颗红巨星组成的双星系统。白矮星基本上是恒星耗尽核燃料后剩下的余烬，质量比我们的太阳大近40%。

这颗双星系统有着227天的轨道周期。巨型的红巨星的物质会被白矮星的引力吸走，然后红巨星的物质会在白矮星的周围形成一个圆盘。随着时间的推移，这个圆盘会将物质转移到白矮星的表面。

北冕座T系统又被称为“再发新星”系统。随着物质在白矮星上堆积，它会变得越来越热，密度越来越大，直到它点燃，发生热核爆炸。热核爆炸会燃烧白矮星表面上的物质，产生持续数周至数月的强烈光亮，这种状态就被称为新星。

有时候，建造和点燃一颗新星需要数万甚至数十万年的时间，我们在银河系中观察到的大多数新星其实都是这样的。所以北冕座T与众不同的原因之一是：它变成新星的频率更快。

这是因为北冕座T系统中的白矮星的质量非常大，这导致了积累的物质可以更快地达到高压和高温。据我们所知，银河系中大约有10颗这种反复出现的新星，但北冕座T是离我们最近的。

1946年，卡内基研究所的威尔逊天文台拍摄的北冕座T。

来源：卡内基科学研究所

北冕上次爆炸是什么时候？

北冕座T上一次爆炸是1946年，在此之前是1866年。所以，从数学角度来看，它应该每80年有一颗新星事件。但值得我们关注的是，之前每一颗新星都观察到白矮星在向爆发加速的过程中经历了不同的状态。

首先，在爆炸前的大约10年里，白矮星往往是明亮的。天文学家们认为这是因为随着吸积盘积累到了更多的质量，它在将物质汇集到白矮星上时变得更加活跃。在过去的10年里，我们看到过一次北冕座T像曾经爆炸中的两次爆炸一样变亮。

其次，对于之前的每一次新星事件，白矮星都会在爆炸前大约一年左右开始变暗。同样，2023年3月，北冕座T也开始变暗。目前我们不太清楚为什么在爆炸前会出现规律的变暗现象。

一种观点认为，圆盘被清空并完成了吸积。然后，随着材料压缩到白矮星上达到高压，在爆炸之前，会有一个短暂的冷却阶段。

虽然我们没办法预测冷却阶段的时间，但自从2023年3月观测到北冕座T开始变暗以来，我们预计在未来几个月的任何时候都会发生爆炸。

为什么天文学家会对像北冕T这样的循环新星系统感兴趣？

北冕座T在很多方面都非常有研究价值。首先，北冕座T是所有循环新星中离我们最近的一个：它距离我们只有26000光年。所以，这是我们可以研究得最详细的循环新型系统。而且北冕座T的爆发周期非常频繁，所以我们可以预测它并为爆发做好准备。

因为北冕座T离地球非常近，我们可以追踪过去80年来物质是如何积聚在白矮星上的，从而了解爆发所需要的条件。

北冕座T还有一个非常吸引人的点：它的白矮星大到接近白矮星能够拥有的最大质量。一般的白矮星的质量不可能超过钱德拉塞卡极限（大约是我们太阳质量的1.4倍）。

一旦超过这个质量，白矮星就会开始坍缩，可能会爆炸并产生Ia型超新星。当这种情况发生时，整个白矮星，而不仅仅是像新星这样的表层，都会被摧毁。Ia型超新星从合成许多对生命至关重要的重元素，到成为用于测量宇宙形状和大小的宇宙信标都有着重要的意义。

在过去十年左右的时间里，天文学界对新星的研究再次兴起。这是因为随着新技术和新望远镜的出现，我们发现许多高能伽马射线实际上来自新星。

这其实是非常出乎我们意料的。不过在新星爆炸时，爆炸表层与红巨星的物质外流的相互作用产生了千兆电子伏能量的光子。

在我们拥有看到这个现象的技术之前，这真的是意料之中的。例如，有一些被称为切伦科夫探测器的东西被放置在地面上，使我们能够看到宇宙射线，也就是高能光子，撞击地球大气层并产生粒子雨。通过观察这个，我们可以重建这些光子的能量，并研究它们是怎么被发射的。

我们早就知道伽马射线、星系中心的超大质量黑洞和其他宇宙现象可以产生高能辐射，但我们直到最近才知道这些新星也可以这样做。因此，以这种方式研究最接近的新星之一将是非常令人兴奋的。

非专业天文学家能够享受这一天文现象吗？

托尼·皮罗：是的，当然！爆发开始之后，白矮星将在大约五天内变亮，达到与北极星在天空中相同的亮度峰值。所以，它会在天空上像那样明亮几个小时，我们就能用肉眼看到它。然后在接下来的几周里，光度会呈指数级下降。不过在接下来的一段时间里，你仍然可以用一副好的双筒望远镜看到它。

这也提醒了我，另一件有趣的事情是，北冕座T是唯一一个在大约100天后再次变亮的新星事件。其他反复出现的新星没有表现出同样的特征，这也是我和其他天文学家们想进一步研究的问题。

只不过北冕座T的第二次增亮太暗，我们不能用肉眼看到。不过如果借助了强大的天文望远镜，天文学家们能够研究它和它发生的原因。

不幸的是，北冕座T只在北半球可见，而卡内基科学院的拉斯坎帕纳斯天文台在智利，所以我们将无法用自己的设施研究这一点。一个有趣的事实是，1946年的北冕座T新星爆发是在帕萨迪纳以北著名的威尔逊山观测到的。

在40年代或更早的时候，人们用过什么工具来研究北冥座T？

托尼·皮罗：之前的大多数的观测基本上都基于可见光。如今，我们可以在许多不同的波长下观测天体。除了光学探测器，最有趣的工具可能是X射线探测器。X射线探测器可以揭示有关高能辐射的更多信息。

而且，正如我之前提到的，切伦科夫探测器将会帮助我们更好地了解白矮星表面剧烈爆炸所引发的冲击。

作为一名理论天文学家，我们能够通过研究北冥座T来检验哪些天体物理理论吗？

因为北冕座T和地球之间的距离非常近，所以即使在它没有爆发的情况下，我们也可以在天空中观察到，所以我们可以得到白矮星上积累了多少质量的实时数据。这使得我们可以将其与爆炸过程中喷出的物质进行比较，这让我们了解了白矮星如何随时间增加或减少质量。这令人兴奋，因为当白矮星的质量增加时，它们可能会变成Ia型超新星。

另一件事就是，这些高能辐射的粒子加速会涉及到很多有趣的物理学理论。理论家们真的很希望能够通过数学来解释如何将粒子加速到这么快的速度，而北冕座T是一个测试这些理论的绝佳天然实验室。

因为北冕座T距离我们2600光年，大约每80年就有一颗新星产生，这意味着已经发生了30多次这样的爆发，这些新星都在靠近我们。

所以，你几乎可以想象这些新星在2600年里发生的爆炸中的样子，它们现在都在银河系中向我们移动。所以这不是新星何时产生的问题，而是它们何时最终到达地球。

大多数时候，我们都会谈论天文学中相当抽象的东西，但这次爆发是人们可以用肉眼看到的天文现象。这是一个非常独特的机会，可以与天文学家数千年来在天空中发现新事物时所感受到的那种兴奋联系起来。

责任编辑：郭皓存

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