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Simulating the convection in red super-giant stars: wobbling jets in common envelope evolution

本研究利用三维红超巨星模型表明,剧烈的包层对流会引起吸积质量角动量的随机波动,从而导致紧凑伴星周围形成间歇性吸积盘和摆动喷流,进而支持了此类喷流是共普通包层演化中关键组成部分的假设。

原作者: Shlomi Hillel (Technion, Israel), Ron Schreier (Technion, Israel), Noam Soker (Technion, Israel)

发布于 2026-07-15
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原作者: Shlomi Hillel (Technion, Israel), Ron Schreier (Technion, Israel), Noam Soker (Technion, Israel)

原始论文采用 CC BY 4.0 许可(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性,请参阅原始论文。 阅读完整免责声明

想象一颗巨大的、臃肿的恒星——一颗红超巨星——正在膨胀到足以吞噬我们整个太阳系的庞大尺寸。在这颗宇宙气球内部,气体并非静止不动;它像一锅沸腾的汤一样翻滚着,巨大的热气泡上升,冷气泡下沉,进行着一场狂野而混沌的舞蹈。现在,想象一颗较小的、致密的伴星(比如中子星或黑洞)正穿过这片湍流汤液向内螺旋运动。

长期以来,科学家们认为,当这颗小恒星向内螺旋时,它会收集气体并将其旋转成一个整齐、扁平的圆盘,从而像旋转陀螺发射出的激光束一样,喷射出一条笔直、稳定的物质喷流。但这项新研究表明,现实要混乱得多、狂野得多,也更加“摇摆不定”。

核心发现:摇摆
研究人员构建了一个极其精细的红超巨星三维计算机模型,以观察伴星试图“吞噬”的气体究竟发生了什么。他们发现,伴星抓取的气体并非仅仅做着平滑的圆周运动。由于巨星的外层正在进行剧烈的对流(即那种沸腾的汤的效果),气体从各种随机的方向撞击伴星。

把它想象成在飓风中尝试接住一个球。有时风把球从左边吹来,有时从右边,有时又从上方。研究发现,这些来自恒星对流的随机“阵风”是如此强大,以至于它们造成的气体转向强度,比轨道本身产生的稳定自旋还要高出两到三倍

结果:摇摆的喷流
由于气体是从如此混沌的方向被抓取的,因此在伴星周围形成的圆盘并不会保持平坦和稳定。相反,它会发生摇摆。因此,从这个圆盘中发射出的喷流并不会笔直地射出。它们会前后摇摆,不断改变瞄准的方向。

论文计算出,对于一颗在 700 R⊙(太阳半径)距离处运行的伴星,气体的特定角动量(衡量其“自旋”程度的度量)会发生剧烈波动。在某些时刻,来自对流的随机自旋强度如此之大,以至于它完全翻转了气流的方向,使喷流相对于轨道方向发生了倒置。

这对宇宙意味着什么
作者认为,这些摇摆的喷流或许可以解释我们在垂死恒星所喷射出的气体云(行星状星云)中看到的那些奇特的、凹凸不平的形状。我们看到的可能不是完美的对称气泡,而是“中等大小的气泡”和扭曲的弧线,因为喷流是以锯齿状路径在恒星的外壳中钻探,在不同的方向上打出了洞。

这项研究排除了什么(以及没有排除什么)
该研究明确反对这些喷流总是稳定、笔直射线的观点。他们排除了气体流是平滑且可预测的这种设想。然而,他们也承认,他们的结果是基于模拟,而非对正在发生的真实事件的直接观测。在这次运行中,他们没有包含伴星的引力,也没有包含喷流本身向恒星注入能量的情况,因此他们警告说,他们的数字是一种近似值。

他们还指出,虽然这些摇摆的喷流非常擅长在像中子星这样微小且致密的物体(质量仅约为 1.4 M⊙ 或太阳质量的 1.4 倍)周围形成圆盘,但它们可能难以在较大的主序星周围形成稳定的圆盘。对于那些更大的恒星来说,在气体方向再次改变之前,圆盘可能还没有足够的时间稳定下来。

底线
简而言之,宇宙不像是一台精密机器,而更像是一个混沌的舞池。当一颗小恒星螺旋进入一颗巨星时,它不仅仅是旋转出一个完美的喷流;它会被巨星沸腾的大气层抛来甩去,创造出一个摇摆、翻转并以一种混乱、不可预测但又引人入胜的方式在恒星外壳上打洞的喷流。作者建议,要真正理解这些宇宙爆炸,我们需要停止寻找直线,开始寻找摇摆。

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