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宇宙最早期大质量恒星的死亡过程

时间:2022-06-22 01:21:41

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宇宙最早期大质量恒星的死亡过程

乍一看,这样的图像与人类的大脑极其相似。但事实上,这是宇宙中一颗最早期恒星死亡时候的场景。研究 人员表示这些早期恒星的死亡是独特的,它们会以超新星的形式发生爆发,并完全焚毁,不会留下黑洞,而是将大量的化学物质撒播到宇宙空间之中。某些原始恒星 的质量达到太阳质量的5.5万至5.6万倍,这样的庞然大物,其死亡方式将是不同寻常的。美国加州大学圣克鲁兹分校以及明尼苏达大学的天体物理学家们在美 国联邦能源部下属国家能源研究科学计算中心(NERSC)以及明尼苏达大学超级计算研究所的超级计算机上进行了数轮运算之后提出了这一理论。这项研究工作 严重依赖于CASTRO程序包,这是美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室计算研究所(CRD)开发的一款天体物理学程序包。有关这项研究的最新进展已经刊载 于近期出版的《天体物理学学报》上。

第一代恒星尤其让科学家们感兴趣,因为它们产生了最早的重元素,这里所说的重元素是指所有那些原子量大于氢和氦的元素。当死亡来临,它们便将自己产生的 所有重元素洒向周围的太空,从而为后续的世代的恒星,乃至星系的诞生奠定基础。通过对这些最早期恒星死亡模式的进一步了解,科学家们希望更好的搞清楚我们 今天所处的这个宇宙是如何成型的。程克钧(音译:Ke-Jung Chen)是加州大学圣克鲁兹分校的博士后,也是这项研究的第一作者。他表示:“我们发现存在一个狭窄的窗口,在此范围内恒星可以完全被炸毁而不会留下黑 洞,在此之前还从未有人提出过这样的机制。但如果没有NERSC提供的资源,我们可能还将需要长得多的时间才能得到这一结果。”他说:“从用户的角度来 看,这一设施的运行非常高效,是做科学非常方便的地方。

为了模拟原始恒星的生命周期,研究组运用了一种一维恒星演化程序代码,名为“KEPLER”。这一程序设计中考虑了一些恒星演化的关键过程,如核燃烧以 及恒星对流等机制。另外还加入了针对大质量恒星的一些特点,如元素的光致裂变,电子-正电子产生以及特殊相对论效应。研究组同时还考虑了广义相对论效应, 这对于具有1000倍以上太阳质量的超级恒星而言是必须要考虑的重要因素。这样做的结果是他们发现那些质量介于5.5万~5.6万个太阳质量的超级恒星寿 命约为169万年,此后便会开始在广义相对论效应作用下变得不稳定并开始塌缩过程。随着恒星塌缩,其内部开始快速合成重元素,如氧,氖,镁以及硅等等。这 一过程会释放大量能量,这股强大的能量压过了让恒星保持整体存在的引力作用,终于造成恒星塌缩中断并发生剧烈爆发——超新星爆发出现了。

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