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那颗被银河系甩出去的恒星,us708到底经历了什么?

大概在几年前,我半夜刷手机,看到一条消息说天文学家发现了一颗正以惊人速度逃离银河系的恒星,编号us708,当时我的第一反应是:它是不是和银河系“闹掰”了?不然怎么跑得这么决绝,每秒钟1200公里,这速度,从北京到上海也就一眨眼的功夫,后来翻了翻资料才知道,这背后藏着一个真正的宇宙级暴力故事。

那颗被银河系甩出去的恒星,us708到底经历了什么?

一颗被弹飞的“恒星弹珠”

我们先聊聊us708到底是个什么样的角色,它在天文学圈子里被归类为“超高速星”,这个称呼听起来挺酷,实际上命运相当悲惨,你可以把它想象成一颗被宇宙级弹弓发射出去的石子,而发射它的那条“橡皮筋”,很可能就是银河系中心那个巨大无比的黑洞——我们管它叫人马座A*,质量是太阳的四百万倍。

我打个比方你可能就懂了,小时候玩弹珠,把一颗弹珠使劲往地上砸,有时候会有另一颗弹珠被震得弹飞出去,对吧?us708的遭遇类似这样,只不过场面要壮观得多,它原本可能是一对双星系统中的一员,和另一颗恒星一起在银河系中心附近转悠,转着转着,这对难兄难弟太靠近那个巨无霸黑洞了,黑洞的引力直接把其中一颗拽了过去,在潮汐力的撕扯下,那颗恒星被扯得粉碎,而us708呢?它就像被突然松开的弹弓皮筋那端的小石子,获得了巨大的动能,“嗖”地一下被甩了出去。

这还没完,us708比较特殊的地方在于,它不是一颗普通的恒星,而是一颗热亚矮星,基本上就是一个恒星的致密内核,大部分氢壳都被剥掉了,这意味着什么?意味着它很可能曾经是一颗红巨星,外层气体被伴星吸走了,最后只剩下一个高温致密的内核,然后这个可怜的小内核,又在伴星被黑洞吞噬的瞬间,被狠狠地弹出了银河系。

追上它的脚步有多难?

你可能会好奇,天文学家是怎么发现它跑得这么快的,这就要说到测量恒星速度的方法了,主要是靠“多普勒效应”和“自行”这两招,多普勒效应我们日常都能感受到,救护车从你身边开过,声音从尖锐变低沉,光的道理也一样,天文学家分析us708的光谱,发现它的光谱线像被拉过的弹簧,发生了明显的蓝移,这说明它在狠狠地朝向我们冲过来。

另一个维度是“自行”,就是恒星在天球背景上移动的角度,us708离我们太远了,它的自行角度小得可怜,但结合它到地球的距离一算,天文学家得出了一个让人惊掉下巴的数字,我把它的速度和我们熟悉的一些天体放在一起比较一下,你感受感受:

天体/物体 速度 (公里/秒) 简单参照
普通人造卫星 ~8 绕地球跑,挺快
太阳绕银河系中心 ~220 我们全家都在动
一般银河系逃逸速度 ~500-600 超过这个数才能离家出走
us708 ~1200 银河系都拉不住它

看到这个对比你就能明白,us708的速度不仅是远超银河系逃逸速度那么简单,它几乎是这个门槛的两倍,走得那叫一个义无反顾。

那颗被银河系甩出去的恒星,us708到底经历了什么?

只是黑洞弹射就够了吗?

故事要真这么简单就讲完了,倒也清爽,天文学家一开始也是这么想的,觉得这就是个经典的“希尔斯机制”——黑洞拆散双星,弹飞一颗,但仔细分析us708的化学成分和运动轨迹后,大家觉得不太对劲,这个故事的章节还需要增加。

us708是迄今为止发现的跑得最快的非束缚恒星,更重要的是,它的自转速度极快,这些特征凑在一起,让不少天文学家想到了另一种可能:它不只是一个被弹飞的弹珠,还可能是一只被点燃的“火箭”,有一种理论认为,us708的伴星可能不是一般恒星,而是一颗白矮星,在us708的红巨星外壳被剥离的过程中,这颗白矮星不断吸积物质,最终质量达到了钱德拉塞卡极限——大约是1.4倍太阳质量。“轰”的一下,一场Ia型超新星爆发了,这场爆发把白矮星炸得一干二净,也同时给本就以极高速度运行的us708再一次猛烈的推力,就像接力赛的最后一棒。

这个超新星爆发模型能更好地解释us708极高的速度和一些元素丰度上的细节,它身上某些重元素的含量,确实带着点超新星爆发的痕迹,这就像是现场勘查时,除了看到明显的冲击痕迹,还检测到了火灾残留物,让整个事件的面貌变得更加复杂和饱满。

这也只是目前最合理的推测,宇宙中能搞出这么多花样的,恐怕也只有黑洞和超新星了,us708的旅程其实挺让人感慨的,它曾经是一个双星系统的成员,经历了被剥皮(失去氢壳)、被背叛(伴星吸积其物质),在银心见过最狂暴的黑洞,又被一场绚丽的超新星爆炸推了一把,踏上了一段不会有回程的星际孤独之旅,再过几亿年,它会完全飞出银河系的范围,在星系际空间的虚无里,独自漂流,而我们现在探测到的光谱和轨迹,就像是它在几十亿年前发出的一声呼喊,穿过漫长的时空,终于被我们偶然听见。

参考资料: 《科学》杂志(Science)2015年关于US 708速度研究的论文;欧洲南方天文台(ESO)对超高速星的巡天数据。

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