版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請聯(lián)系我們

肉眼可見!距地球2600光年的新星又要“鬧情緒”了?

星明天文臺
原創(chuàng)
世界頂級業(yè)余天文臺,致力于新天體發(fā)現(xiàn)、測光和光譜觀測等研究。
收藏

作者|周已皓

審核|黃堅、趙經(jīng)遠、鄒乾一

編輯|趙經(jīng)遠

經(jīng)典新星與再發(fā)新星

壯麗的宇宙間分布著豐富多彩的恒星系統(tǒng),其中有一種密近雙星系統(tǒng),它們由一顆白矮星和一顆普通恒星組成,會產(chǎn)生劇烈的爆炸現(xiàn)象,使白矮星的亮度大幅增加,之后緩慢變暗,幾個月到幾十年后恢復到先前的亮度,這便是新星。新星大致上可分為兩大類:只觀測到一次爆發(fā)的經(jīng)典新星(Classical Nova),以及至少觀測到兩次爆發(fā)的再發(fā)新星(Recurrent Nova,RN)。

新星系統(tǒng)藝術(shù)圖(圖片來源于NASA)

目前的研究發(fā)現(xiàn),部分再發(fā)新星系統(tǒng)中的白矮星有質(zhì)量逐漸增大的現(xiàn)象,這意味著它們總有一天會達到錢德拉塞卡極限,踏上成為Ia型超新星(對于碳氧白矮星)或吸積致坍縮型超新星(對于氧氖鎂白矮星)的道路。由此可見,再發(fā)新星系統(tǒng)對于研究恒星及雙星系統(tǒng)的演化至關(guān)重要,但是它們的數(shù)量十分稀少,銀河系內(nèi)已知僅有10顆,北冕座T(T Coronae Borealis,T CrB)就是其中之一。

北冕座T在夜空中的位置,圖中方向上北下南左東右西(圖片來源于Stellarium)

爆發(fā)機制

北冕座T的爆發(fā)機制與它的雙星系統(tǒng)組成密切相關(guān)。該系統(tǒng)由一個1.37倍太陽質(zhì)量的白矮星和一個1.12倍太陽質(zhì)量的紅巨星組成,軌道周期227.6天。白矮星通過其強大的引力吸積紅巨星伴星的物質(zhì)(主要是氫),這些物質(zhì)堆積在白矮星表面,并被白矮星的引力壓縮,它們的溫度因此升高,一旦達到費米溫度(約為7×10^7K),就會迅速在白矮星表面觸發(fā)劇烈的核聚變反應(yīng),釋放大量能量,使白矮星迅速增亮,產(chǎn)生新星爆發(fā)。隨后,北冕座T的雙星系統(tǒng)會逐漸恢復到爆發(fā)前的狀態(tài),直到約78年后發(fā)生另一次爆發(fā)。

左:北冕座T爆發(fā)前;右:北冕座T爆發(fā)后(模擬圖)(圖片來源于參考文獻7)

歷史記錄

北冕座T距離我們約2600光年,是距離我們最近的再發(fā)新星,它沒有爆發(fā)時的亮度大約為10星等,這在所有再發(fā)新星中是最亮的。2023年之前,人們只知道北冕座T發(fā)生過兩次爆發(fā),分別發(fā)生于1866年5月12日[發(fā)現(xiàn)者是英國天文學家約翰·伯明翰(John Birmingham)]和1946年2月9日[發(fā)現(xiàn)者是英國天文學家諾曼·奈特(Norman Knight)和美國天文學家阿爾明·多伊奇(Armin Deutsch)]。在這兩次爆發(fā)中,北冕座T增亮了一千多倍,最大亮度達到了2.5星等左右(這在再發(fā)新星中也是最亮的),使其成為夜空中肉眼可見的天體。在1866年北冕座T爆發(fā)期間,世界各地的觀測者獲得了較為豐富的觀測數(shù)據(jù),這在新星觀測史上是首次,英國天文學家威廉·哈金斯(William Huggins)與化學家威廉·米勒(William Miller)更是率先獲得了北冕座T的光譜,這是人類首次對新星進行光譜觀測。

1866年5月16日,哈金斯和米勒拍攝的北冕座T光譜圖片(來源于參考文獻15)

1946年北冕座T爆發(fā)歷史影像,中心圓圈內(nèi)的亮星便是北冕座T。哈佛天文臺攝于1946年2月12日,即北冕座T爆發(fā)3天后,此時它已變暗至4.3星等(圖片來源于Star Glass)

2023年,美國天文學家布拉德利·謝弗(Bradley Schaefer)在歷史文獻中找到了北冕座T另兩次爆發(fā)的記載,分別發(fā)生在1217年10月和1787年12月,這使得北冕座T有記載的爆發(fā)達到了4次。

爆發(fā)前的征兆

自1920年起,美國天文愛好者萊斯利·佩爾蒂埃(Leslie Peltier)對北冕座T進行了頻繁觀測,希望能發(fā)現(xiàn)它的再次爆發(fā)。1935,他注意到北冕座T略微增亮,隨后進入了一個長達10年的平臺期;1945年,他又觀測到北冕座T的變暗現(xiàn)象。在那個年代,人們對再發(fā)新星所知甚少,但佩爾蒂埃卻做出了大膽預測:從1945年開始,北冕座T持續(xù)變暗,這表明它即將再次爆發(fā)。果不其然,1946年2月9日,北冕座T時隔80年再次爆發(fā),但佩爾蒂埃卻高興不起來,因為他在那天凌晨被鬧鐘叫醒后,發(fā)現(xiàn)自己可能有感冒的癥狀,于是回到床上休息,沒有像往常那樣對北冕座T進行觀測,從而錯失了發(fā)現(xiàn)。佩爾蒂埃在《星光之夜:觀星者的冒險之旅》(Starlight Nights: The Adventures of a Star-Gazer)一書中敘述了這次經(jīng)歷,并懊悔地寫道:“我應(yīng)該為自己的失職負責,但我仍覺得北冕座T應(yīng)該對我多一些體諒。我們是多年的朋友;無數(shù)個夜晚,我在它熟睡時守護著它……我現(xiàn)在仍在觀測它,但是用警惕的目光。我們之間不再有溫暖?!?/p>

1946年爆發(fā)前后的光變曲線(圖片來源于wikipedia)

爆發(fā)前變暗似乎是北冕座T特有的現(xiàn)象。根據(jù)最近10年的觀測數(shù)據(jù),北冕座T在2015年再次略微增亮,之后進入了平臺期;2023年3月~4月,北冕座T如期變暗,這是否意味著它很快就要再次爆發(fā)呢?天文學家預測,假設(shè)每次爆發(fā)前后的光變情況相似,那么北冕座T有68%的概率在2024年2月~9月之間爆發(fā),95%的概率在2023年12月~2024年12月之間爆發(fā)。

即將到來的爆發(fā)

下圖展示了北冕座T的歷史光變曲線,時間范圍1842年6月10日~2024年3月30日,兩次大幅度增亮分別對應(yīng)于1866年和1946年的爆發(fā)??梢钥闯觯诘墓庾兦€正在從平臺期快速變暗,這與1946年爆發(fā)前非常相似,因此前面作出的預測不無道理。

北冕座T的光變曲線??v坐標為星等,橫坐標為儒略日;紅色代表V波段極限星等,綠色代表V波段星等,藍色代表B波段星等(數(shù)據(jù)來源于參考文獻10、AAVSO)

如果即將到來的爆發(fā)與先前的爆發(fā)遵循相似的亮度變化規(guī)律,那么我們也可以作出以下預測:爆發(fā)后,北冕座T將在一天內(nèi)(也可能幾個小時內(nèi))達到峰值亮度,約2星等,肉眼可見,成為自天鵝座V1500之后最亮的新星(天鵝座V1500在1975年爆發(fā),最大亮度約1.9星等);隨后北冕座T開始變暗,保持肉眼可見亮度(亮于6.5星等)約一星期;爆發(fā)1個月后,北冕座T將恢復到爆發(fā)前的亮度,約10等;爆發(fā)3個月后,北冕座T將會再次增亮,亮度會達到8星等,隨后緩慢變暗,這個過程持續(xù)4個月;此后,北冕座T將保持在平臺期,直到8年后回落到正常亮度。這也是1866年和1946年爆發(fā)的大致情形,可見北冕座T的亮度變化非常復雜,這些獨特的現(xiàn)象是什么原因造成的呢?它們和爆發(fā)又有何關(guān)系?天文學家對此莫衷一是,專注于新星研究的謝弗教授評論道:“五位理論家會給出五種截然不同的解釋?!?/p>

1866年與1946年爆發(fā)前后的光變曲線非常相似(圖片來源于參考文獻10)

持續(xù)監(jiān)測

對于新星而言,北冕座T是比較明亮的(無論是爆發(fā)前還是爆發(fā)后),因此非常適合天文愛好者監(jiān)測。作為我國首個從事巡天發(fā)現(xiàn)的業(yè)余天文臺,星明天文臺從2023年夏季就已經(jīng)開始對北冕座T進行光譜觀測,后來又開始了多波段測光觀測,希望描繪出北冕座T爆發(fā)前后的完整圖景。各位同好在最近幾個月也可以經(jīng)常關(guān)注北冕座T的位置,觀測方式可以多種多樣:光譜觀測、手機/相機拍攝、望遠鏡目視/拍攝,甚至裸眼觀測也是可以的。

在監(jiān)測的同時也要注意,北冕座T歷次爆發(fā)前的觀測數(shù)據(jù)是比較少的,而且天文學家尚不清楚它爆發(fā)前后的復雜光變是如何產(chǎn)生的,此外北冕座T系統(tǒng)中白矮星的組成成分也是一個謎題,這些不確定性使得預測爆發(fā)時間的置信度并不算高。

幸運的是,隨著科學技術(shù)的進步,人類現(xiàn)在已可以進行多波段、多信使觀測,使我們能夠更深入地理解北冕座T的性質(zhì),這些謎題有望在即將到來的這次爆發(fā)中得到解答。

參考文獻

(1)觀測到再發(fā)新星的爆發(fā)[J].天文愛好者,2006(9):41-41.

(2)吳程遠. 吸積白矮星及其相關(guān)天體研究[D]. 中國科學院大學,2019.

(3)S. Starrfield et al. The Thermonuclear Runaway and the Classical Nova Outburst[J]. Publications of the Astronomical Society of the Pacific,2016,128.

(4)R Z ,A G ,MF B , et al. Rapid H alpha variability in T Coronae borealis[J]. Publications of the Astronomical Society of the Pacific,2005,117(829).

(5)A. D ,L. H ,K. P . The New View on the Long-Therm Flickering in T CrB[J]. International Astronomical Union Colloquium,2004,194.

(6)A. N M ,M. A T ,A. A T , et al. Recurrent Symbiotic Nova T Coronae Borealis before Outburst[J]. Astronomy Letters,2024,49(9).

(7)O'meara J S . Is T CrB rising?[J]. Astronomy,2020,48(7).

(8)View Nova Explosion, ‘New’ Star in Northern Crown,NASA, https://blogs.nasa.gov/Watch_the_Skies/2024/02/27/view-nova-explosion-new-star-in-northern-crown/

(9)Jeremy Shears, Get set for the next eruption of the recurrent nova T Coronae Borealis!,British Astronomical Association,https://britastro.org/section_news_item/get-set-for-the-next-eruption-of-the-recurrent-nova-t-coronae-borealis

(10)Bradley E. Schaefer, The B & V light curves for recurrent nova T CrB from 1842–2022, the unique pre- and post-eruption high-states, the complex period changes, and the upcoming eruption in 2025.5 ± 1.3, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,September 2023,3146–3165.

(11)Bradley E. Schaefer, The recurrent nova T CrB had prior eruptions observed near December 1787 and October 1217 AD, Journal for the History of Astronomy, November 2023.

(12)Bradley E. Schaefer et al. Announcing T CrB pre-eruption dip:Recurrent nova T CrB has just started its Pre-eruption Dip in March/April 2023, so the eruption should occur around 2024.4±0.3,AAVSO,https://www.aavso.org/news/t-crb-pre-eruption-dip

(13)Bradley E. Schaefer, Recurrent Nova T CrB Will Become the Brightest Nova In Your Lives In the Upcoming Year. Bulletin of the AAS, 2024, 56(2).

(14)Robin George Andrews, A Dead Star Will Soon Spark a Once-in-a-Lifetime Display in Earth’s Skies, Scientific American, https://www.scientificamerican.com/article/this-nova-will-soon-erupt-as-a-once-in-a-lifetime-new-star-in-the-night-sky

(15)Allen W. Shafter, Extragalactic Novae: A historical perspective, IOP Publishing, 2019

(16)G. C. Anupama, Recurrent Novae: What Do We Know about Them?, Proceedings of the International Astronomical Union, 2011, 7(281), 154–161.

評論
科普科普知識的搖籃!
大學士級
浩瀚宇宙,繁星點點,隨著科學技術(shù)的不斷進步,新星的出現(xiàn),人類現(xiàn)在已可以進行多波段、多信使觀測。
2024-04-06
演繹無限精彩
大學士級
北冕座T星的爆發(fā),是一次難得一見的天文奇觀,更是一次探索宇宙奧秘的機會。它讓我們見證了恒星的生命輪回,也讓我們想象了未來的可能性。
2024-04-06
科普中國●yling
庶吉士級
隨著科學技術(shù)的進步,人類現(xiàn)在已可以進行多波段、多信使觀測,使我們能夠更深入地理解北冕座T的性質(zhì),這些謎題有望在即將到來的這次爆發(fā)中得到解答。
2024-04-06