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海山二（船底Eta）是距离地球10000光年范围内最为明亮、质量最大的恒星，因其出人意料的行为而为人所知——它在19世纪出于科学家仍不清楚的原因爆发了两次。由马里兰州格林贝尔特（Greenbelt）NASA戈达德太空飞行中心的天文学家领导的一项长期研究使用NASA的卫星、地面望远镜以及理论建模的方法构筑了迄今海山二最全面的图景。新的发现包括哈勃拍摄的影像，其中展示了年龄在十年左右的电离气体壳，它正以每小时100万英里的速度向外奔去；还有揭示出双星相互作用前所未见特征的新型3D模型。 来自戈达德中心的天体物理学家泰德·古尔（Ted Gull）说：“我们即将了解这一非凡天体当前的状态以及复杂的周边环境，不过为了解释海山二过去的喷发或者预言其未来的行为，我们还有很长的路要走。”古尔协调了一个研究小组，让他们在超过10年的时间里监测这颗恒星。 海山二位于南天的船底座，距离地球大约7500光年，由两颗大质量恒星组成，它们的偏心轨道每5.5年就会让彼此靠得很近。两颗恒星都会产生强烈的气体外流（星风），星风将星体包裹起来，阻碍了人们直接测量它们的特性。天文学家确定出，较明亮、温度较低的主星质量大约是太阳的90倍，亮度是后者的500万倍。虽然较小、温度较高的伴星特性更具争议，古尔及其同事认为，该星质量约为太阳的30倍，亮度是太阳的100万倍。 戈达德中心的研究者在周三西雅图的美国天文学会会议新闻发布会上进行了发言，他们讨论了近期对海山二的观测，以及观测结果与小组当前对该系统认知的符合情况。 在两颗恒星彼此最为靠近的时候（近星点），两星相距1.4亿英里（2.25亿千米），这相当于火星与太阳的平均距离。天文学家观测了近星点前后数月内该系统的剧烈变化，包括X射线耀发（随后会出现X射线陡降，最终X射线辐射逐渐恢复）、可见光特定波段上可见的星体附近某些结构的消失和再现，还有在较小的伴星绕过主星时产生的光影表演。 在过去的11年（其中包括3次通过近星点）里，戈达德小组基于地面望远镜以及多颗NASA的卫星对海山二的常规观测，发展了一套模型。海山二小组的理论家、来自戈达德中心的NASA博士后托马斯·马杜拉（Thomas Madura）说：“我们使用过去的观测来构筑计算机模拟，模拟帮助我们预言在下一个轨道周期可以看到的情况，随后我们将新的观测再次输入给模型，以对其进行进一步的改善。”
这几张海山二的图像是2010年到2014年间哈勃空间望远镜使用STIS仪器在二次电离铁原子发出的蓝光波段（4659埃）拍摄的。这对双星2003年过近星点的过程产生的气体壳以大约每小时100万英里（160万千米）的速度向外涌出。（图片提供：NASA's Goddard Space Flight Center/T. Gull et al.） 根据这一模型，两颗恒星星风的相互作用可以解释系统中所见的很多周期性变化。两颗恒星的星风特性差异甚远，主星星风浓密而速度缓慢，温度较高的伴星星风稀薄而快速。主星星风速度接近每小时100万英里，尤为浓密，每1000年就会带走相当于一倍太阳质量的物质。作为比较，伴星的星风携带的物质只有主星的1%，不过其向外运动的速度是后者的6倍。 马杜拉的模型是在加州莫菲特场（Moffett Field）NASA艾姆斯研究中心的昴宿超级计算机上运行的，它揭示出了星风相互作用的复杂性。当伴星快速绕过主星运行时，它那较快的星风在较大主星浓密的外流物中雕琢出了螺旋状的空腔。为了更好地将这一相互作用可视化，马杜拉将计算机模拟转化为3D数字模型，并使用消费级的3D打印机制成了固态模型。这一过程揭示出了沿空腔边缘分布的气体流中脊骨状的凸起，先前没有人注意到这样的特征。 马杜拉说：“我们认为，这些结构是真实存在的，它们源自接近近星点前后数月内气体流的不稳定性。我希望能够将模拟结果3D打印出来，以更好地实现可视化，其结果要比我所设想到的成功得多。详尽描述这项研究的一篇论文已经投稿给了《英国皇家天文学会月刊》。” 小组详细说明了若干关键的观测，它们揭示了系统的一些内在机制。在过去的3次接近近星点过程中，设在巴西、智利、澳大利亚和新西兰的地面望远镜监测着一个特定的蓝光波段，对应一次电离的氦原子发出的辐射。根据模型，氦原子的辐射追溯了主星星风的环境。哈勃搭载的空间望远镜成像光谱仪（STIS）记录下了波段不同的另一种蓝光，对应二次电离铁原子的辐射，它的独到之处是揭示了源自主星的气体被伴星强烈的紫外辐射照射而发光的区域。最后，该系统发出的X射线辐射携带有直接来自星风碰撞区域的信息，在这里，方向相反的星风形成激波，将气体加热到了数亿度 来自总部设在马里兰州哥伦比亚（Columbia）的大学空间研究组织的天体物理学家迈克尔·柯克兰（Michael Corcoran）说：“X射线能段的变化可以直接探测碰撞区，反映了恒星损失质量的方式。”柯克兰及其同事比较了NASA的罗西X射线时变探测器（已于2012年退役）以及NASA的雨燕卫星X射线望远镜在过去的20年里测量的近星点辐射。2014年7月，当恒星彼此靠近时，雨燕观测到了一系列的耀发，其高潮是迄今在海山二系统中所见的最强的X射线辐射。这说明其中一颗恒星的质量损失发生了变化，不过仅凭X射线观测是无法确定具体哪一颗的。
在这张超级计算机模拟图中，海山二的成员恒星以黑点表示。较浅的颜色表示两颗恒星产生的星风中密度较大的区域。在抵达近星点时，较小的伴星发出的快速星风在较大的主星浓密的星风中雕琢出了一条隧道。（图片提供：NASA's Goddard Space Flight Center/T. Madura） 来自戈达德中心的迈兰·提奥多罗（Mairan Teodoro）领导了地面观测团队追踪氦元素辐射的变化。他解释说：“2014年的辐射几乎与先前在2009年近星点前后所见的没有区别，这说明主星星风保持稳定，是伴星的星风导致了X射线耀发。” 2009年，当NASA的宇航员修复了哈勃空间望远镜的STIS仪器之后，古尔及其同事就申请使用该仪器来观测海山二。STIS将星光分解为彩虹般的光谱，从而揭示出恒星所在环境的化学组分。不过光谱还给出了恒星附近纤细的结构，这说明该仪器可以以空前的细节去测绘双星附近的区域。 STIS通过单一的狭缝观测目标，以避免其他辐射源的污染。自2010年12月以来，古尔的小组就开始对以双星为中心的区域进行常规测绘，拍摄了41个不同地点的光谱，这类似于通过拍摄一系列照片来构建全景图。全景图覆盖了宽约4300亿英里（6700亿千米）的区域，这相当于平均日地间距的4600倍。 所得的图像是在周三第一次公开的，其中展示了来自一个复杂气体结构的二次电离铁辐射，该结构宽度将近是0.1光年，古尔将其比喻为马里兰蓝蟹。在STIS的影像中，可见对应“蟹钳”的不同气体壳从恒星向外冲出，其速度据测量大约是每小时100万英里（160万千米）。在每次过近星点后，较大主星星风中都会形成螺旋状空腔，随后空腔随星风一起向外膨胀，形成了运动的壳层。
海山二在19世纪40年代的大爆发形成了翻腾的侏儒星云，上图是哈勃望远镜拍摄的照片。这个星云现在长约1光年，膨胀的云团含有足足可以产生10个太阳的物质。天文学家至今尚不能解释爆发的诱因。（图片提供：NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team） 古尔解释说：“这些气体壳分布在相当于日地间距数千倍的范围上。通过回溯它们的行为，我们发现壳层在11年前，也就是3次过近星点之前，开始从主星向外运动，这为我们提供了一窥不久前发生情况的又一种渠道。” 当恒星彼此靠近时，伴星浸泡在了主星星风最浓密的部分，星风会吸收紫外线，让辐射无法抵达远处的气体壳。由于没有激发的能量，二次电离铁原子停止发出辐射，螃蟹一般的结构在这个波段上消失了。当伴星绕过主星，离开星风最浓密区域之后，其紫外辐射逃逸了出来，再度将壳层中的铁原子激发，螃蟹又回来了。 海山二的两个大质量成员星都可能有朝一日作为超新星爆发了结一生。对于恒星来说，质量就是命运，而决定其终极命运的是它们在耗尽燃料，在自身重力作用下坍缩之前损失的物质数量，损失渠道包括星风以及至今尚无法解释的喷发。 研究者称，对于现在来说，没有证据表明任何一颗成员星会立即消亡。他们正在探索2014年过近星点前后获取的丰富数据，以进行新的预言，当2020年2月两星再度彼此靠近时，人们可以对其进行检验。 NASA正在探索我们的太阳系以及太阳系之外的区域，以了解宇宙以及我们在宇宙中的处境。该机构希望能够揭开宇宙的秘密，了解其起源和演化，并在群星之中寻找生命。 （全文完） |
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