@ 2018.12.12 , 12:00

(假如)首次观测到还存活的超大质量恒星

让我们探讨一下黑暗时代,不是西方罗马帝国毁灭之后的中世纪,而是,宇宙的黑暗时代。

在我们宇宙的时间长河中,几十年亿年前才形成了第一批恒星。这就是宇宙的黎明时代:第一批恒星的诞生带来了持久而明亮的光,同时也给宇宙带来了持续的混乱并逐渐将宇宙塑造成现在的样子。

那些第一批诞生的恒星很有可能和我们完全不同于我们现在宇宙中所看到的东西。如果我们运气够好的话,我们可能能够观测到第一批恒星通过遥远的距离所传递过来的样子。正正经经的译文扑街的太多,下面换个意译方式。

初代黑洞

看了那么多煎蛋渣渣翻译的天文科普文,我们都晓得黑洞是咋个变出来的,我也就懒得翻了。反正就是超大质量恒星聚变过快把自己的轻元素燃料耗尽,聚变到铁的时候就开始超新星爆发啊之类的塌缩成黑洞。质量越小的黑洞死的越快,质量越大的黑洞存活的更久。大黑洞吃小黑洞或者小黑洞互相融合最终能形成河系核心的那种超大质量黑洞。还有吧就是类星体这种东西,说到底我觉得就是有个黑洞正在吞噬物质,把他周围吸积盘的物质加速的过快,气体和其他玩意儿发光,比某些遥远的星系还要亮,所以就起个名叫类星体了。反正你以后看到类星体啊、活动星系核之类的名词,你只要知道他的核心是个大质量黑洞就行了。

有个问题就是我们现在在宇宙能看到最遥远的类星体距离我们大概有一百多亿光年呢,宇宙不是也才147亿的年龄吗,所以在宇宙诞生后十几亿年时间里就有超大质量黑洞形成了。然鹅,按照黑洞形成基本法来讲,你不可能在十几亿年时间里就形成超大质量黑洞哒!所以我们的问题就是我们的宇宙是怎么又快又好的形成超大质量黑洞的涅?

古代化石

如果按照黑洞形成基本法(大质量恒星→黑洞→类星体)来讲,早期宇宙怕是不适用,所以要靠考虑一下实际宙情,想一个替代方法出来。那么直接跳过中间步骤,也就是黑洞(小质量)阶段怎么样?

这意味着什么捏?超大质量黑洞直接从超大质量恒星演变过来。那这个恒星质量真的是超超超超大啊。10万个太阳质量?够不够?too young!现在宇宙中质量最大的恒星是R136a1恒星 (质量:256-265倍太阳),超过100倍太阳质量的恒星都已经很罕见了,10W太阳质量的恒星,满足其聚变的物质密度和体积大小,怕是一出现在现在的宇宙中,就会因为其内部质量的相互作用和不稳定性,直接就像沙雕解体那样分解成数不清的小恒星了。

但是在早期宇宙中就可以啊,首先恒星诞生都没多久,聚变过程更是相对较短,大量的重元素还没变出来,而这些额外元素的辐射是导致气体云冷却和使其裂解成小块的罪魁祸首之一。其次,刚诞生的宇宙中充斥着大量来自其他小恒星突然爆发的高能紫外线辐射,这种辐射会破坏分子氢,这又是一个导致气体云裂解的原因之一。

所以虽然10W倍太阳质量的恒星还是很罕见,但是在宇宙黑暗时代的末期,也许可能正好形成了超巨型恒星,这个超巨型恒星有足够的物质质量和足够大的体积。但是按照恒星基本法来讲,这么大的恒星寿命就要相当短了,可能只有几十万年甚至几万年。然后直接就阿克巴成了一个超大质量黑洞。

黎明破晓

之前的想法听起来很美,漫威宇宙都可多拍两集了。但是这又不是买保健品,你要先找到证据,然后才能相信。所以你要是能拍到这种超超超超大质量的恒星存在的照片,那你就火了。但这可不容易,这种恒星起码存在于百亿年前,意味着离我们怎么也有百来亿光年远了。百来亿光年啊!四舍五入一千亿啊!这么远的距离,就算你是超超超超大的恒星,那也是很不起眼的一个小点,甚至可能连小点也看不到。

但是假如我们运气足够好,抽中SSR的话。那么按照我们的模拟,这种恒星大概是这样子的:他的表面相对于其体积和质量来说非常的“凉爽”,大概只有6000-8000开尔文之间,这使得他们表面散发出红光,像个超超超超大的红巨星。但是由于其夸张的体积和质量,他所爆发出来的光的强度有100亿倍太阳光的强度。这种强度和波长的光,意味着这种恒星在红外波长中是相对来说可能能观测到的。

所以詹姆斯·韦伯太空望远镜的一个任务就是寻找这种初代恒星的存在。虽然这种恒星的寿命极短,但是要是有一两个恒星能够活到他的兄弟们开始转变为黑洞的时候,那我们就有机会找到他并拍摄到他的照片。这得有多赞!

本文译自 sciencealert,由译者 利维坦 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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