模拟Eta Carinae的复杂历史-非凡的恒星使人类着迷了数十年

Eta Carinae的光学图像。

“ Eta Carinae”是一颗非凡的明星，它使人类着迷了数十年。它被形状像沙漏的不断扩大的“单胞星云”所包围。这个星云是在1840年代发生的一次名为“大爆发”的高能爆炸中被驱除的，当时Eta Carinae成为天空中第二颗最明亮的恒星，并且用肉眼可以看到十多年来。

壶形星云外还有其他子弹群，这些子弹是在大爆发前几个世纪发射出来的。Eta Carinae本身的质量非常巨大，其质量超过太阳的100倍，并由另一颗质量约为太阳的30倍的恒星绕高轨道运行。具有所有这些特征以及许多更奇特的特征，科学家们很长时间以来一直对恒星如何爆炸并产生周围凌乱的星云感到困惑。

在许多其他提出的模型中，我们最近发表的研究集中在一个假设上，即恒星系统曾经是一个三重系统，最终变得不稳定并导致恒星合并。随着进行更详细的观察，这种情况变得越来越流行，但是到目前为止还没有进行详细的理论研究。

在这项工作中，我们针对这种情况执行了第一套详细的理论计算的综合。我们首先进行了三体动力学模拟，以了解三重系统如何变得不稳定，最终两颗恒星发生碰撞。我们从一个稳定的系统开始，在该系统中，一颗恒星围绕宽轨道运行，而另一颗恒星围绕另一轨道运行。一旦最大质量的恒星接近其生命尽头，它就会膨胀并开始将物质转移到其伴星中。这使系统不稳定，并导致两颗恒星在几千年内融合。我们发现，在最终合并之前，恒星可以疯狂地交换位置并在相距很近的地方相遇，互相掠食对方的表面。

我们还进行了其他的N体模拟，以观察恒星对这些近距离相遇的反应。可以将部分表面材料剥离并以窄喷雾形式发送出去。将轨道动力学和近距离相结合的模拟相结合，我们发现在合并之前几个世纪发生的多次掠食相遇可以重现本垒星云外的凌乱结构。

我们还进行了流体动力学模拟，以了解恒星合并产生的流出物如何形成今天我们看到的沙漏形状。我们提出了一个新的场景，它对超新星SN1987A的三环星云是如何形成的采取了类似的想法。随着恒星的融合，恒星内部释放出大量能量，从而引发了大爆发。但是与超新星不同，大部分能量和质量保留在恒星中。在随后的一个世纪中，这种能量随着双极强风缓慢泄漏出去。风将爆炸弹头的内部吹扫，形成空心的壳状结构。我们的模拟表明，在这种情况下，我们可以精确地再现小星云的形状和大小。

我们的模拟组合成功地再现了Eta Carinae周围星云的主要特征，并为三合一恒星合并提供了有力的支持。这不仅使我们对Eta Carinae的起源有了深刻的了解，而且还使我们可以通过三重系统的合并创建许多其他天文物体。例如，LIGO（GW190521）发现的一些大黑洞被认为是以此方式创建的。利用来自Eta Carinae的丰富信息，我们可以了解有关宇宙中异国情调的形成的更多信息。