RAMSES(RAdiation MagnetoHydrodynamics with Adaptive Mesh Refinement):用于模拟恒星外层的流体运动、辐射压与物质抛射,解析“外壳崩溃”的动力学细节。
2023年,由美国加州大学伯克利分校牵头的团队,将这两类模型结合,构建了船底座η的“全生命周期模拟”。结果显示,1838年的爆发并非“突然发生”,而是“长期不稳定”的总爆发——恒星核心的氦燃烧已持续数千年,外壳因辐射压不断膨胀,最终被双星的潮汐力“戳破”。
1.2 触发机制:双星潮汐力与辐射压的“致命叠加”
船底座η的伴星(η Car B,30 M☉蓝巨星)是这场爆发的“导火索”。根据模拟:
当两颗星运行到轨道近日点(距离约2天文单位,相当于太阳到火星)时,伴星的潮汐力会在船底座η的外壳上形成“潮汐隆起”——就像月球引潮力让地球产生涨潮一样;
同时,船底座η自身的辐射压(核心氦聚变产生的光子撞击外壳)已将外壳推至“临界状态”——密度低、温度高,无法抵抗引力;
潮汐隆起与辐射压的叠加,导致外壳局部不稳定,最终引发连锁反应:局部物质抛射→扰动相邻区域→整个外壳崩溃,形成“爆炸式抛射”。
1.3 抛射物质的“旅程”:从恒星到星云的扩散
模拟显示,1838年爆发抛射的物质总质量约10 M☉(太阳质量的10倍),抛射速度高达500-1000 km/s(相当于每秒绕地球1.5圈)。这些物质并非均匀扩散,而是形成两个瓣状结构:
内瓣:由高速物质(>800 km/s)组成,直接沿双星轨道平面抛射,形成后来的“钥匙孔星云”(Keyhole Nebula);
外瓣:由低速物质(<500 km/s)组成,受恒星风与辐射压影响,扩散成更大的“碗状结构”,构成NGC 3372星云的主体。
哈勃望远镜2024年的高分辨率图像验证了这一模拟:内瓣的金属丰度(如氧、硫)明显高于外瓣,符合“高速物质来自恒星深层”的预测。
1.4 模型的胜利:与观测数据的“完美匹配”
模拟结果与现有观测的高度一致,证明了“双星潮汐力触发+辐射压驱动”的爆发机制是正确的。更重要的是,模型预测:船底座η的下一次爆发(最终超新星)将由核心坍缩引发,而非双星互动——因为当核心形成铁核后,引力坍缩的速度远超双星的“拉扯”,会瞬间释放能量。
二、重塑星云的“雕刻师”:对NGC 3372的化学与动力学改造
船底座η的爆发不仅是一场“视觉盛宴”,更是对周围星云的“化学重写”与“动力学重塑”。NGC 3372(船底座星云)是银河系最大的恒星形成区之一,而船底座η的两次爆发,将它从“恒星的摇篮”变成了“死亡的纪念碑”。
2.1 NGC 3372的“前世今生”:从分子云到爆发遗迹
NGC 3372位于船底座,距离地球7500光年,直径约300光年。它的“诞生”源于约300万年前的分子云坍缩——大量气体(氢、氦)与尘埃聚集,形成了包括船底座η在内的多颗大质量恒星。
1838年船底座η的爆发,彻底改变了这个区域的“生态”:
爆发抛射的物质(富含重元素)与原有星云混合,形成了“富金属”的气体云;
恒星的辐射压与恒星风推动星云膨胀,破坏了新的恒星形成区域。
2.2 化学组成的改变:重元素的“注入”与“分布”
超新星爆发是宇宙中重元素的主要来源(除了氢、氦,其他元素均由恒星内部合成)。船底座η的爆发,将大量重元素注入NGC 3372:
氧(O):来自核心的氦聚变(氦→碳+氧),丰度比爆发前高3倍;
硫(S):来自碳燃烧(碳→氧+氖+镁→硅+硫),丰度提高2.5倍;
铁(Fe):来自硅燃烧(硅→铁),丰度提高1.8倍。
2024年,哈勃望远镜的STIS光谱仪测量了NGC 3372的气体云,发现内瓣的铁丰度是外瓣的2倍——这与模拟中“内瓣来自恒星深层”的结论一致。这些重元素并非“死物”,它们会通过星际介质循环,成为下一代恒星与行星的原料。
2.3 动力学扰动:辐射压与恒星风的“推动”
船底座η的强烈辐射压(光度5×10? L☉)与高速恒星风(速度约2000 km/s),持续推动NGC 3372的气体云膨胀。根据观测,星云的膨胀速度约为10 km/s——这个速度足以让气体云在10万年内扩散到整个船底座星座。
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