16年的宇宙之谜解开，揭示了恒星缺失的一环

大学公园,爸爸。天文学家可能终于破解了这个让研究人员困惑了16年之久的不寻常的气体团。一个国际研究小组,其中包括宾夕法尼亚州立大学科学家尖端理论模型适用于零星的数据被收集在这个对象,被称为“蓝色星云环,假定的气体星云——云空间——可能是由两颗恒星残骸碰撞和合并成一个单一的明星。

该星云是2004年由美国宇航局的星系演化探测器(GALEX)发现的，它与他们在银河系中看到的任何星云都不一样:一个巨大而暗淡的气体团，中心有一颗恒星。在GALEX的图像中，这个斑点呈现出蓝色——尽管它实际上并不发出肉眼可见的光——仔细观察发现它里面有两个厚厚的环。在接下来的16年里，天文学家们用多个基于地球和太空的望远镜研究了蓝环星云，但他们对它了解得越多，就越觉得它神秘。

“2018年，我们在10米的哈比-艾伯利望远镜上使用可居住带行星探测器(HPF)观测了蓝环星云，以帮助揭开它的神秘面纱:气体物质是如何被喷射出来的?中央恒星的性质是什么?宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学副教授、论文作者安德鲁·蒙森说。“来自HPF的光谱数据在帮助我们理解这一令人兴奋和不寻常的物体方面发挥了关键作用。”

通过光谱观察和详细的理论建模，研究人员已经找到了一种可能的解释:恒星合并。11月18日的《自然》杂志上发表了一篇描述这次潜在合并的论文，HPF的博客上也有关于这次合并结果的公开讨论。

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蓝环星云动画

蓝环星云由两个中空的锥状星云碎片组成，它们从中央恒星的相反方向移动。其中一个圆锥体的底部几乎是直接朝向地球的。因此，天文学家在观察星云时看到了两个部分重叠的圆。

Hoadley et al. 2020 (Nature)

虽然合并的恒星系统很可能并不少见，但它们在形成后几乎不可能立即进行研究，因为它们被碰撞产生的碎片所掩盖。一旦这些碎片被完全清除——至少在数十万年后——它们就很难被确定，因为它们大多看起来像未合并的恒星。蓝环星云似乎是缺失的一环:天文学家看到的恒星系统只是在合并几千年后，当时的合并证据仍然大量，而且是目前已知的第一个合并恒星系统的例子。

神秘的观察

GALEX在2003年至2013年间运行，由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室管理，它通过观察大范围的紫外线(UV)来识别其他星系中的年轻恒星。大多数被GALEX观测到的物体都发射了近紫外光(波长只比可见光稍短)和远紫外光，但是蓝环星云突出了，因为它只发射远紫外光。

该天体的大小表明，它可能是一颗超新星的残骸，是一颗大质量恒星耗尽燃料爆炸时形成的，也可能是行星状星云，一颗太阳大小的恒星膨胀后的残骸。但是蓝环星云的中心仍然有一颗活的恒星。

2006年，GALEX团队用两台独立的望远镜观察了该星云，发现了星云中存在冲击波的证据，这表明气体云确实是被围绕中心恒星的某种剧烈事件驱逐到太空中的。数据还表明，这颗恒星将大量的物质拉到它的表面上，造成了恒星亮度的可见变化。但是这些材料是从哪里来的呢?

“有一段时间，天文学家们认为可能是一颗巨大的行星被恒星撕裂，释放出这些物质，”前宾夕法尼亚州立大学研究生、目前在普林斯顿大学(Princeton University)做博士后的古德蒙杜尔·斯蒂芬森(Gudmundur Stefansson)说。“但通过从HPF获得的数据，我们确认了没有这样的行星围绕恒星运行。”

十多年后,发现蓝色星云环,蓝色星云环上的团队聚集数据系统从四个空间望远镜,四个地面望远镜,加上历史观测恒星的1895年(为了寻找它的亮度随时间的变化),和公民的帮助下,科学家通过美国变星观察家协会。但是他们仍然无法解释是什么创造了星云。

恒星侦查

当这个团队似乎在蓝环星云上碰壁时，来自哥伦比亚大学宇宙合并专家Brian Metzger和加州理工学院博士后研究员Keri Hoadley的洞察重新启动了这个项目。他们认为，蓝环星云可能是恒星合并的结果，而对这种事件的理论预期很好地解释了观测数据。

该团队得出结论，星云是一种相对较新的恒星合并，可能发生在一颗类似太阳的恒星和一颗质量仅为木星100倍的较小恒星之间。在它生命的尽头，这颗类似太阳的恒星开始膨胀。当大恒星的外层膨胀，一点点靠近伴星时，小恒星开始吸走这些物质，用小恒星的气盘包围自己。

一旦较小的恒星被它较大的伴星完全拉入，合并产生的热碎片云被气体盘切成两半。这就形成了两个锥形的碎片云——它们的基底向相反的方向远离恒星，并随着移动而变宽。其中一个圆锥体的底部几乎直接朝向地球，而另一个则几乎直接远离地球，形成了GALEX观测到的两个“环”。

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蓝环星云由两个中空的锥状星云碎片组成，它们从中央恒星的相反方向移动。其中一个圆锥体的底部几乎是直接朝向地球的。因此，天文学家在观察星云时看到了两个部分重叠的圆。

IMAGE: Mark Seibert

随着不断膨胀的碎片进入太空飞行了数千年，它冷却并形成了分子和尘埃，包括与星际介质碰撞的氢分子。星际介质是原子和充满恒星间空间的高能粒子的稀疏集合。这些碰撞摧毁了尘埃和最初在抛射物质中形成的大多数其他分子，但激发了氢分子，使它们以特定波长的远紫外光辐射。随着时间的推移，这种辉光变得刚好能被银河星系看到。

“这不是我期望用HPF观察到的物体，”Monson说。“得知我们在宾夕法尼亚州立大学建造的仪器能够以我们想象不到的方式探索和发现关于宇宙的新事物，这令人兴奋。”