科学家发现创纪录的超高速恒星

      对于三大宇宙速度，相信大家都是不陌生，简单来讲就是，第一、第二、第三宇宙速度分别为7.9公里/秒、11.2公里/秒、16.7公里/秒，它们分别对应物体环绕地球运行、摆脱地球引力束缚以及飞出太阳系的速度。

      需要注意的是，这三个宇宙速度其实是适用于物体仅凭自身惯性飞行的速度，而假如一个物体拥有持续的动力，那就可以无视这三个速度的限制，哪怕只是每秒钟只飞10米，只要持续时间足够久，照样可以飞出地球，甚至是飞出太阳系。

      那有没有第四宇宙速度呢？答案是肯定的，从理论上来讲，第四宇宙速度对应的就是物体在无需要额外动力的情况下，仅凭自身惯性就能直接飞出银河系的速度，根据科学家的估算，在我们太阳系所在的区域，第四宇宙速度大约320公里/秒（以银河系作为参考系，不考虑太阳公转速度）。

      根据近日的一项研究，科学家通过盖亚卫星在银河系中发现了一颗创纪录的超高速恒星，这颗编号为“J0927”的白矮星，其速度高达822.7万公里/小时，它打破了之前由一颗编号为“D6-1”的白矮星所保持的792万公里/小时的纪录，成为了目前银河系中已知速度最快的超高速恒星。

      简单换算一下可知，822.7万公里/小时大约就是2285公里/秒，可以看到，“J0927”的速度远超第四宇宙速度，那么问题就来了，它的速度为什么会如此之快呢？

      科学家认为，“J0927”应该来自一种罕见的“动态驱动双简并双爆超新星”（dynamically driven double-degenerate double-detonation supernova），这具体是怎么回事呢？我们需要从白矮星的演化讲起。

      所谓白矮星，其实就是中等质量恒星在其内部核聚变反应停止之后留下的核心，它们的密度很大，如果将太阳压缩成白矮星这样的密度，那太阳的体积就将与地球差不多。

      白矮星之所以能够稳定地存在，是因为它们的内部基本上都是碳和氧，而白矮星内部的温度和压力不足以点燃碳和氧的核聚变，在这种情况下，白矮星上的物质就可以凭借“电子简并压”来抵挡其自身的引力坍缩，进而达到一种平衡状态，但假如一颗白矮星能够从外部吸收到更多的物质，那这种平衡状态就会被打破。

      从理论上来讲，白矮星的质量有一个上限，这被称为“钱德拉塞卡极限”，其理论值约为太阳质量的1.44倍，一旦白矮星的质量超过这个上限，那“电子简并压”就不足以抵挡白矮星自身的引力坍缩，于是白矮星体积就会不断地收缩，进而造成其内部的温度和压力不断上升，当达到一定程度时，就会引发其内部的碳和氧发生核聚变。

      白矮星上的简并态物质传热性能极佳，核聚变反应一旦启动，其产生的热量就会以极高的速度在整个星体传导，这会使更多的物质发生核聚变，而更多的核聚变则会释放出更多的热量，进而推动整个星体的温度急剧上升，在此基础上，核聚变的反应速率又对温度极为敏感，随着温度的上升，其反应速率也将会出现指数级地增加。

      如此一来，就形成了一个正反馈的过程，而这一过程就会导致白矮星在极短的时间内发生热失控的核聚变反应，进而发生威力巨大的爆炸，这就被称为“Ia型超新星”。

      那么，白矮星怎么从外部吸收更多的质量呢？一个常见途径就是它们的伴星，比如说在一个双星系统中，其中的一颗恒星首先演化成白矮星，而另一颗恒星则在此之后渐渐演化成一颗红巨星，在这种情况下，只要两颗恒星之间的距离比较近，白矮星就可以源源不断从结构松散的红巨星吸收到物质。

      除此之外，还有一种罕见的情况就是，在一个双星系统中，两颗恒星都是白矮星，并且它们之间的距离非常近，而由于白矮星越重就越致密，因此在这样的情况下，较重的白矮星也可以从较轻的白矮星源源不断地吸收物质，在吸收到足够的物质之后，较重的白矮星就会发生超新星爆发，而另一颗白矮星则会被“炸飞”。

      这种超新星爆发就是所谓的“动态驱动双简并双爆超新星”，它其实就是一种特殊的“Ia型超新星”。需要知道的是，“Ia型超新星”释放的能量可以达到10的44次方焦耳，这大概相当于太阳在其长达100亿年的主序星阶段释放出的总能量，据此我们不难想象，被如此强大的能量“炸飞”的那颗白矮星，其速度会有多快，就算是远超第四宇宙速度，也不足为奇。

      值得一提的是，考虑到宇宙空间几乎不存在阻力，因此我们完全可以想象出，在遥远的未来，“J0927”这颗创纪录的超高速恒星很可能会直接飞出银河系，从此成为一颗“流浪恒星”。

      参考资料：The fastest stars in the Galaxy, arXiv:2306.03914v1