磁星是超新星爆發(fā)后奇異而超級稠密的殘?。ㄖ凶有牵Ｋ鼈儞碛杏钪嬷幸阎顝姷拇艌觥鹊厍虼艌鰪姲偃f倍量級。借助位于智利北部的歐洲南方天文臺（ESO）的甚大望遠鏡（VLT），一個歐洲天文學家團隊相信他們首次發(fā)現(xiàn)了一顆磁星的伴星。他們的發(fā)現(xiàn)有助于解釋磁星是如何形成的——這個謎已經(jīng)延續(xù)35年，以及說明這類特殊恒星為何沒有如天文學家預期的那樣坍縮為黑洞。
當一顆大質(zhì)量恒星在最后的超新星爆發(fā)階段，因自身引力而坍縮時，它要么形成中子星，要么形成黑洞。磁星是一類非常罕見而奇特的中子星。與所有的同類殘骸一樣，它極為致密而微小——十億噸的中子星物質(zhì)只有一茶匙大小，但它還具有極為強大的磁場。當磁星殼層發(fā)生突然而劇烈的調(diào)整——星震時，表面會釋放巨量的γ射線。
位于南天天壇座的Westerlund 1星團（注1），離我們約1.6萬光年，其中就有一顆磁星——CXOU J164710.2-455216，天文學家對此感到極為迷惑。銀河系中共有20余顆磁星。
報告首席作者西蒙·克拉克（Simon Clark）介紹說：“在我們的早期研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，Westerlund 1星團中的磁星的前身星是一顆大約有40個太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量恒星。但是這就出了一個難題——如此大質(zhì)量的恒星理應(yīng)坍縮為黑洞，而不是中子星。我們不知道它為何能變成一顆磁星？”
天文學家為此設(shè)計了一個解決方案。他們猜測，磁星起源于兩顆超大質(zhì)量的密近雙星，其軌道緊密到小于地球到太陽的距離（這種系統(tǒng)在演化后期會發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移，從而使得它不會變成黑洞，見下文，譯注）。但迄今為止，我們未在Westerlund 1星團中找到磁星的伴星，所以天文學家使用ESO的VLT在星團的其余部分尋找同類案例。他們尋找逃逸星——以高速脫離星團的恒星，這類恒星很可能是因為伴星發(fā)生超新星爆發(fā)而脫離，而那顆超新星的殘骸就可能是磁星。結(jié)果，Westerlund 1-5就是一例（注2）。
星團中，Wd1-5（上方）和磁星（左下）的位置，大圖：3.1MB。
報告合作者、開放大學的Ben Ritchie強調(diào)道：“ 這顆恒星不僅具有很高的逃逸速度表明它很可能來自超新星爆發(fā)事件，還因為它的低質(zhì)量、高光度、已經(jīng)富含碳等等，表明它不可能起源于單一恒星——就像冒煙的槍口表明剛開過槍一樣，它必定起源于雙星系統(tǒng)！”
這一發(fā)現(xiàn)使得天文學家能夠重建恒星的演化史，在預期形成黑洞質(zhì)量區(qū)域，產(chǎn)生磁星（注3）。在演化的第一階段，雙星系統(tǒng)中較大質(zhì)量的子星先耗盡核心燃料，把龐大的外層質(zhì)量轉(zhuǎn)移給伴星——自身將變成磁星，并因星體縮小而旋轉(zhuǎn)得越來越快。高速旋轉(zhuǎn)是形成磁星超強磁場的必需條件。
在演化第二階段，伴星因為接收了過于巨量的氣體，消化不良而開始拋出大量的物質(zhì)。大部分質(zhì)量將散逸到太空中，但少部分將返回給原先的子星； Westerlund 1-5就是這樣。
團隊成員、西班牙天體生物學中心的Francisco Najarro總結(jié)說：“正是這種雙星間的物質(zhì)交換給予Westerlund 1-5獨特的（光譜）化學特征，并讓其伴星的質(zhì)量低到能夠形成磁星而不是黑洞——帶有宇宙影響力的恒星間的擊鼓傳花游戲。”
看起來，要形成磁星的必要條件就是成為雙星系統(tǒng)的成員。雙星間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，這是產(chǎn)生超強磁場的基本條件。在第二個質(zhì)量轉(zhuǎn)移階段，磁星能夠把質(zhì)量降到足夠低，以致于在最后的坍縮階段不會變成黑洞。
J. S. Clark團隊的研究報告已經(jīng)在ESO通訊稿中公布，很快就會發(fā)表在《天文學和天體物理學》期刊上，標題：“VLT的FLAMES光譜儀對Westerlund 1星團巡天成果之四：Wd1-5應(yīng)該是雙星一員，并曾經(jīng)是超新星爆發(fā)前的磁星CXOU J1647-45的伴星。”該團隊先前在2006年，以M. P. Muno為首的研究報告，刊登在《天體物理學》第636期上，標題：“Westerlund 1星團中一顆前身星是超大質(zhì)量恒星的中子星?！保ň褪潜疚闹械拇判?，譯注）
附注
1、Westerlund 1是一個巨型疏散星團，由瑞典天文學家Bengt Westerlund 于1961年在澳大利亞發(fā)現(xiàn)。1970-1974，他從澳洲移居智利并出任歐洲南方天文臺（ESO）臺長。這個星團位于巨大的銀河系塵埃氣體云后方，遮光系數(shù)超過了10萬（星團光度降低了12個星等以上），因此在可見光波段幾乎完全看不見。這也是為何到了現(xiàn)代才看到它真面目的原因（現(xiàn)在是通過紅外波段，譯注）。
Westerlund 1是研究恒星特殊階段的獨特的天然實驗室，幫助天文學家了解銀河系中的超大質(zhì)量恒星是如何出生入死的。通過這些觀測，天文學家推斷這個特別的星團，總質(zhì)量不小于10萬個太陽，所有的恒星成員聚集在6光年直徑的空間中。因此它成為銀河系中最致密的大質(zhì)量年輕星團。
迄今的分析表明，Westerlund 1星團中所有的成員星，最初至少是30~40個太陽質(zhì)量。天文學家介紹說，因為這類恒星的壽命極短，所以該星團必定極為年輕。分析表明，星團年齡介于350萬年到500萬年之間。顯然，它是銀河系中剛剛誕生的星團。
2、該恒星的完整編號是Cl* Westerlund 1 W 5（別管編號是什么意義，那是天文學家的事，譯注）。
3、隨著恒星演化，它們內(nèi)部的核聚變改變著整個恒星的化學成份——輕核元素逐步消耗，重核元素逐漸增加。最初的恒星由氫和氦構(gòu)成，碳以及其他重元素含量極少；只有到恒星演化的晚期（主序星階段結(jié)束后，譯注），核心的氫已經(jīng)耗竭，恒星通過氦聚變?yōu)樘?，此時碳的含量才會明顯增加。因此，像Westerlund 1- 5這樣同時富含碳氫氦的恒星，幾乎是不可能的。
共同演化的示意圖。
譯者補充：原文中對第2個階段的解說不夠詳細，這里繼續(xù)說明一下：在發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移后，而伴星因為接受了過多的質(zhì)量，處于愛丁頓極限的高光度藍變星（LBV）階段，快速拋出最外層。結(jié)果，雙方處于共同大氣層的演化階段。原先的大質(zhì)量子星只剩下內(nèi)核區(qū)域，進入WR星階段，以高速恒星風，把重元素傳輸給伴星；隨著WR星變成超新星（這個演化通常比LBV更快），雙星系統(tǒng)瓦解，伴星中就會有大量的重元素。
