大犬座VY Canis Majoris的详细3D地图 揭示了在巨星死亡的最后阶段发生了什么

我们银河系中最大的恒星之一的新地图揭示了在巨星死亡的最后阶段发生了什么。

天文学家绘制了一张大犬座VY Canis Majoris的详细3D地图，这是一颗濒临死亡的红色超巨星，距离地球3000多光年。他们发现这颗罕见的超巨星失去质量的方式类似于日冕弧——太阳爆发的等离子体环——但规模要大几十亿倍。

利用智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)，由亚利桑那大学研究人员Ambesh Singh和Lucy Ziurys领导的研究小组跟踪了分子在大犬座VY Canis周围旋转时的分布和速度，并将它们映射到延伸数十亿英里的喷射物质结构。

大犬座VY Canis Majoris是大犬座中的一颗脉动变星，质量估计是太阳的17倍，半径为10，000到15，000天文单位(AU)。（一个天文单位是地球和太阳之间的平均距离：大约9300万英里，或1.5亿公里。）

据研究人员称，银河系中只存在少数超巨星，包括参宿四和NML天鹅座，大犬座VY是这种罕见恒星类型的最佳例子之一。

“把它想象成类固醇上的参宿四。”Ziurys在一份声明中说。“它要大得多，质量也大得多，大约每200年就会经历一次剧烈的大规模喷发。”

这意味着研究大犬座VY为天文学家提供了一个难得的机会，让他们更好地了解当一颗巨大的恒星到达其生命周期的终点时发生的过程。特别是，天文学家想了解这颗恒星释放质量的机制。

这些大质量恒星的垂死挣扎不同于那些质量较低的恒星，如太阳，当它们耗尽氢——核聚变的燃料——时，它们会膨胀并进入红巨星阶段，再也无法支撑自己抵抗引力坍缩。

相反，当大质量恒星进入其存在的这个阶段时，它们似乎会经历质量损失事件。这些事件是零星的和大量的，随着物质的丢失，形成了复杂的，高度不规则的结构，这些结构由弧，团块和结组成，可以从大质量的中央恒星延伸数千AU。

该团队认为，如果这些大质量恒星演化为超新星，理论上天文学家将观察到更多此类恒星爆炸。于是他们提出了另一个假设。

“我们现在认为它们（超巨星）可能会悄悄地坍缩成黑洞，”Ziurys 说。“但我们不知道哪些人会这样结束自己的生命，也不知道为什么会发生这种情况以及如何发生。”

这不是天文学家第一次拍摄到从大犬座VY Canis Majoris发出的弧形、团块和结；哈勃太空望远镜和光谱学已经被用来拍摄这些巨大的结构。通过这项新工作，研究小组追踪了超巨星周围的某些分子，然后将这些发现映射到中央恒星周围的哈勃图像。这揭示了超巨星生命末期所涉及过程的隐藏细节，包括大犬座VY如何脱落质量的细节。

该团队与ALMA对VY Canis Majoris的观察仍处于早期阶段。然而，尽管如此，即使是这张氧化硫、二氧化硫、氧化硅、氧化磷和氯化钠的初步地图，也帮助研究人员构建了这颗大质量恒星的分子流出结构图像。这张图片大到足以包含红色超巨星喷射出的所有物质。

“分子沿着包层中的弧线运动，这告诉我们分子和尘埃混合得很好，”辛格说。“无线电波长的分子发射的好处是，它们为我们提供了速度信息，而不是尘埃发射，后者是静态的。”

通过调整ALMA遍布智利阿塔卡马沙漠的66台射电望远镜的配置，天文学家们收集了VY Canis Majoris周围分子的方向和速度的细节。

他们在hypergiant的个别区域进行了这项研究，然后将结果与大犬座VY Canis Majoris的大规模喷射事件时间表进行了匹配。这一步需要强大的计算机处理能力。为了获得尽可能好的分辨率，研究小组处理了来自ALMA的近1tb的数据，还会有更多的数据，详细描述每个分子可能需要两天的时间。

“有了这些观察，我们现在可以把它们放在天空的地图上，”Ziurys说。“到目前为止，人们只研究了这个巨大结构的一小部分，但除非你观察整个区域，否则你无法理解质量损失以及这些大恒星是如何死亡的。这就是为什么我们想创造一个完整的形象。”

该团队的发现于6月13日在天文学会会议上发表，并将在一系列即将发表的论文中详细介绍。