圖注：圖展示的極高激發(fā)星云由一個(gè)極其罕見的雙星系統(tǒng)提供能量的：一顆Wolf-Rayet恒星圍繞O型星旋轉(zhuǎn)。來自Wolf-Rayet中心成員的恒星風(fēng)的強(qiáng)度與太陽系恒星的太陽風(fēng)強(qiáng)度相當(dāng)，在1000萬到10億倍之間，并且在12萬度的溫度下發(fā)光。（綠色超新星遺跡偏離中心是不相關(guān)的）這樣的系統(tǒng)估計(jì)最多只能代表宇宙中0.00003％的恒星。圖片版權(quán)：ESO
只有在我們自己相對較近的宇宙后院里，銀河系和其他星系中不超過幾百萬光年之外，才能詳細(xì)地解決單個(gè)恒星的問題。由于像Hipparcos，Pan-STARRS和Gaia任務(wù)這樣的大量研究調(diào)查，現(xiàn)已經(jīng)能夠測量和分類數(shù)以百萬計(jì)的恒星。當(dāng)科學(xué)家們看到所發(fā)現(xiàn)的東西時(shí)，其大多數(shù)都有一些共同點(diǎn)，除此之外還有一些異常值。
圖注：（現(xiàn)代的）Morgan-Keenan光譜分類系統(tǒng)，其上面顯示的每個(gè)星級的溫度范圍以開爾文為單位。今天絕大多數(shù)（75％）的恒星都是M級明星，只有1 / 800的超級星足夠大。然而像O星一樣熱的并不是整個(gè)宇宙中最炙熱的恒星， 有一些特殊的是所有最稀有的恒星之一。圖片信息及版權(quán)：Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel
通常情況下無論何時(shí)形成恒星，都是由氣體分子云的崩潰引起的。云碎片形成各種各樣的恒星：大量的低質(zhì)量恒星，較少數(shù)量的高質(zhì)量恒星，如果氣體云足夠大，則可能更小但可能有相當(dāng)數(shù)量的大質(zhì)量恒星。所有的恒星都會(huì)將氫融合成氦，這就是恒星如何創(chuàng)造出能量的核能。通�？茖W(xué)家將這樣的恒星分成七個(gè)不同的類別，其中M級是最小最紅最冷的，而O級是最大最藍(lán)最熱的恒星。
圖注：我們所在的本超星系團(tuán)中最大的新生恒星群R136包含目前發(fā)現(xiàn)的最重的恒星：超過250倍太陽質(zhì)量的最大值。在接下來的1- 200萬年里，可能會(huì)有大量的超新星來自這個(gè)區(qū)域的天空。圖片信息及版權(quán)：NASA, ESA, and F. Paresce, INAF-IASF, Bologna, R. O'Connell, University of Virginia, Charlottesville, and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee
如果這就是宇宙所擁有這些類型恒星是孤立的，那么就知道是如何演化的。單個(gè)的恒星會(huì)從所形成的分子云變得盡可能大，元素冷卻，從引力坍縮升溫，直到聚變產(chǎn)生內(nèi)部過程的輻射壓力達(dá)到了上限，然后：
1、質(zhì)量 的m級恒星為太陽質(zhì)量的40%，會(huì)慢慢地將氫燃燒成氦，最終通過收縮變成氦白矮星而死亡
2、B級恒星的中級K級恒星為太陽質(zhì)量的約40％至800％，將氫燃燒成氦后加熱使氦融入碳，成為紅色 ，伴隨著碳最后死于行星狀星云中/氧白矮星。
3、而 質(zhì)量的恒星，包括最重的B級和O級恒星，將超越氦氣融合的階段，如碳燃燒，氧氣燃燒，一直到硅燃燒，最后導(dǎo)致超新星爆炸，要么是中子星，要么是黑洞。
至少這是目前所知道的典型恒星演化圖。
圖注：來自哈勃望遠(yuǎn)鏡的可見光/近紅外照片顯示出一顆大質(zhì)量恒星，約為太陽質(zhì)量的25倍，但它已經(jīng)消失，然而沒有形成超新星，也沒有其他。直接崩潰形成黑洞是 合理的候選解釋。圖片信息及版權(quán)：NASA/ESA/C. Kochanek (OSU)
但還有一些古怪的。有超大質(zhì)量的恒星直接坍縮成黑洞，沒有超新星。有一些恒星非常熱，它們在內(nèi)部自發(fā)產(chǎn)生電子/正電子對，導(dǎo)致形成一種特殊的超新星。
圖注：這幅圖解釋了天文學(xué)家認(rèn)為觸發(fā)超新星事件，稱為SN 2006gy的超超新星過程。當(dāng)產(chǎn)生足夠高能量的光子時(shí)將產(chǎn)生電子/正電子對，引起壓力下降和失控反應(yīng)，從而破壞恒星。圖片版權(quán)：NASA/CXC/M. Weiss
雙星系統(tǒng)中從伴星身上竊取了大量的物質(zhì)，有時(shí)從一顆 上吸走了大量的氫。在一個(gè)還活著的 中心恒星應(yīng)該有一個(gè)坍縮的物體，被稱為thornezytkow物體。有些年輕的恒星星表現(xiàn)出非常罕見的耀眼發(fā)光行為，比如像赫大哈羅天體或沃爾夫-雷特恒星。
圖注：圍繞著Wolf-Rayet恒星WR124的猛烈的恒星風(fēng)創(chuàng)造了一個(gè)令人難以置信的星云，被稱為M1-67。這些恒星如此動(dòng)蕩，以至于它們的噴出物跨越了許多光年，噴出的氣體重量是地球的許多倍。圖片信息及版權(quán)：Hubble Legacy Archive, NASA, ESA; Processing: Judy Schmidt
尚未得到證實(shí)的是：有些恒星完全是由純粹由氫和氦組成的原始?xì)怏w云組成的：宇宙中的第一顆恒星。來自這個(gè)時(shí)代的恒星可能會(huì)達(dá)到1000倍太陽質(zhì)量，并且希望能夠由詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡揭示出來，詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)建部分是從早期階段開始破譯宇宙的秘密。
圖注：遙遠(yuǎn)星系CR7的插圖，2016年它被發(fā)現(xiàn)可以容納有史以來最好的候選星，這些候選星是由來自大爆炸的原始材料形成的原始恒星群。發(fā)現(xiàn)的星系之一 是恒星，另一個(gè)可能還沒有形成。圖片版權(quán)：M. Kornmesser / ESO
那么到目前為止我們知道什么？我們期望在不久的將來能發(fā)現(xiàn)這些奇怪的天體呢？下面埃米莉列維斯克在太空研究所《宇宙中最怪異的物體》上的公開講座，也許是有史以來的第一次，使人處于一種獨(dú)特的狀態(tài)。
圖注：19世紀(jì)的“超新星爆炸”引發(fā)了一場巨大的噴發(fā)，將許多太陽的物質(zhì)從埃塔·卡林尼(Eta Carinae)噴射到星際物質(zhì)中。像太陽這樣高質(zhì)量的恒星，就像銀河系一樣以一種在較小低金屬的星系中恒星的方式噴射出大量的質(zhì)量。圖片信息及版權(quán)：Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA
例如我們是否會(huì)談?wù)摮筚|(zhì)量恒星在生命的盡頭發(fā)生的事件？是否會(huì)碰到可能非常罕見的奇怪事情，如失敗的超新星（上圖）？
圖注：宇宙可能看起來像什么樣的概念圖，因?yàn)檫@是宇宙形成第一顆恒星的時(shí)候。雖然還沒有直接的圖片，但射電天文學(xué)的新間接證據(jù)表明，當(dāng)宇宙年齡在一億八千萬到兩億六千萬年之間時(shí)，這些恒星的存在就會(huì)出現(xiàn)。圖片信息及版權(quán)：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)
還是會(huì)更專注于宇宙中的第一顆恒星：正在努力但希望發(fā)現(xiàn)的那種，那些由原始元素組成的星體？還不知道很多關(guān)于恒星的事情，包括不同階段如何形成。
圖注：太陽質(zhì)量的恒星在H-R圖上的演化，從主序階段到融合結(jié)束，每個(gè)質(zhì)量的恒星都會(huì)遵循不同的曲線。圖片信息及版權(quán)：Wikimedia Commons user Szczureq
也許會(huì)談?wù)摵阈菨撛谏卸虝旱�，因此又稀奇古怪的階段？不是冒名頂替者，它是失敗的超新星（未能成功形成超新星）！
圖注：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的蟹狀星云光學(xué)復(fù)合/鑲嵌圖。不同的顏色對應(yīng)不同的元素，并顯示氫，氧，硅等的存在，所有這些都是按質(zhì)量分布的。圖片信息及版權(quán)：NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)
大部分見過或聽說過的“奇怪”物體，比如螃蟹超新星遺跡
圖注： 恒星的顏色星圖，最亮的紅 參宿四在右上角。圖片版權(quán)：歐洲南方天文臺(tái)
一般情況下，恒星是如何運(yùn)作的，當(dāng)處于主要序列時(shí)會(huì)燃燒燃料，當(dāng)在核心燃燒足夠的燃料并耗盡氫時(shí)，那就是進(jìn)入紅色 或超級 階段......而這正是樂趣開始的地方。
圖注：今天的太陽和 相比是非常小的，但是在它的紅 階段，體積會(huì)增大到大角星的大小。像Antares這樣巨大的超級巨人將永遠(yuǎn)無法超越太陽。圖片信息及版權(quán)：English Wikipedia author Sakurambo
確實(shí)如此：當(dāng)變成這樣的恒星時(shí)，和現(xiàn)在的太陽變得非常不同。但這并不意味著真的很“奇怪”......這意味著正在服從恒星演化的正常階段規(guī)律。從正常化的角度來看，這只是奇怪的。實(shí)際上“正常”是多種多樣的，在認(rèn)為不正常的時(shí)刻：有許多正常的情況。
圖注：歐米茄星云也被稱為梅西耶17，它是一個(gè)強(qiáng)烈而活躍的恒星形成區(qū)域，從邊緣看，這就解釋了它的塵埃和光束般的外觀。圖片信息及版權(quán)：ESO / VST survey
恒星和恒星演化的有趣之處在于這些非常巨大的恒星，即成為紅 的恒星，實(shí)際上是所有恒星的最短壽命。發(fā)現(xiàn)它們甚至在恒星形成的區(qū)域，因?yàn)樗鼈冊谄浜诵牡臍淙剂现腥紵萌绱酥�，�?dāng)它們膨脹時(shí)會(huì)冷卻，如此劇烈以至于它們能在外大氣層中形成穩(wěn)定的分子(如二氧化鈦)。
圖注：所有恒星中最熱的o型星在許多情況下實(shí)際上都有較弱的吸收線，因?yàn)楸砻鏈囟茸銐虼�，以至于它表面的大部分原子的能量都太大了，以至于無法顯示出吸收的特征原子躍遷。圖片信息及版權(quán)：NOAO/AURA/NSF, modified by E. Siegel
有趣的是這些恒星大氣非常大“非常涼爽”，在邊緣形成的分子可以吸收藍(lán)光，優(yōu)先將這些恒星的擬合溫度轉(zhuǎn)換為太低的值：理論上太冷的恒星不存在。這是一個(gè)有趣的研究，如果不能解釋所有的物理效應(yīng)，包括奇怪的是恒星表面的分子，那得加油了！
圖注：這是一顆巨大的恒星在其生命周期內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)，當(dāng)核心耗盡核燃料時(shí)，它最終形成了II型超新星。核聚變的最后階段是硅燃燒，在超新星爆發(fā)前的短暫時(shí)間內(nèi)，在核心中產(chǎn)生鐵和鐵元素。圖片信息及版權(quán)：Nicole Rager Fuller/NSF
如何經(jīng)歷恒星演化，然后變成超新星呢？為了阻止恒星抵抗重力崩潰，必須融合元素：輻射向外推力抵抗重力。當(dāng)用盡氫融合，輻射開始失去，并引發(fā)重力崩潰，這意味著當(dāng)被壓縮時(shí)會(huì)變熱，如果有足夠的質(zhì)量，可以快速升溫，開始聚變氦。繼續(xù)下去：將氦與碳，碳融合成氧氣......一直到制造鐵，鎳和鈷。然后終于要死了。這很快：雖然這些不同階段的燃燒持續(xù)時(shí)間從幾天（如硅）到數(shù)千年（用于碳/氧）到數(shù)十萬（用于氦氣）...但超新星會(huì)在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生。
圖注：恒星V838 Monocerotis的噴發(fā)。圖片信息及版權(quán)：NASA, ESA and H.E. Bond (STScI
但不是所有事情都像你想象的那樣順利，艾米莉現(xiàn)在告訴我們關(guān)于發(fā)光的藍(lán)色變量，在生命的晚期階段就會(huì)拋出噴射物。這是一個(gè)有趣的過程，并沒有完全被理解：為什么有些恒星（通常是那些擁有更多重元素的恒星）會(huì)這樣，而另一些卻沒有？這種開放性的問題是天文學(xué)和天體物理學(xué)的一部分，盡管我們都知道，它離終點(diǎn)還遠(yuǎn)著呢！
圖注：中子星是宇宙中最密集的物質(zhì)之一，但它們的質(zhì)量有一個(gè)上限。超過上限，中子星將進(jìn)一步坍縮形成黑洞。圖片信息及版權(quán)：ESO/Luís Cal?ada
像這樣的公眾演講的難點(diǎn)在于，當(dāng)你對事物或現(xiàn)象進(jìn)行研究調(diào)查時(shí)不可能深入到任何事情的深處。艾米莉談到了中子星，特別是那些脈沖星，但后來直接進(jìn)入黑洞。為什么？因?yàn)槿绻阆牒w所有內(nèi)容，就不能花太多時(shí)間談?wù)撊魏我患虑�。因此�?huì)有很多問題在腦海里閃現(xiàn)，然后在進(jìn)入下一個(gè)主題時(shí)就會(huì)迷失方向。
圖注：宇宙中一個(gè)非常高能量過程的例證：伽馬射線爆發(fā)。圖片信息及版權(quán)：NASA / D. Berry
人們開始觀測，大的/重要的望遠(yuǎn)鏡就會(huì)指向想要探測的東西。這些后續(xù)的觀測，跨越不同的波長提供了大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)而不是一個(gè)漂亮的圖片，告訴你有趣的物理/天體物理學(xué)和天文學(xué)。
圖注：位于距離1.3億光年的銀河NGC 4993之前曾多次成像。但在2017年8月17日檢測到引力波后，發(fā)現(xiàn)了一種新的瞬態(tài)光源：中子星與中子星合并的光學(xué)對應(yīng)物。圖片信息及版權(quán)：P.K. Blanchard / E. Berger / Pan-STARRS / DECam
這是過程中至關(guān)重要的部分：小心并確�？吹剿J(rèn)為看到的是什么�？茖W(xué)并不總是以第一或最快的速度出現(xiàn)，或者把所有的東西放在一起；這是關(guān)于盡可能地學(xué)習(xí)，并最終獲得正確的結(jié)果。這就是我們?nèi)绾螌⒁Σㄌ煳膶W(xué)，伽瑪射線天文學(xué)以及70多個(gè)天文臺(tái)的多波長跟蹤結(jié)合起來。
圖注：室女座引力波探測器的鳥瞰圖，位于比薩（意大利）附近的Cascina。室女座是一個(gè)巨型邁克爾遜激光干涉儀，其臂長為3公里，并補(bǔ)充了雙4公里L(fēng)IGO探測器。圖片信息及版權(quán)：Nicola Baldocchi / Virgo Collaboration
談?wù)撘Σㄌ煳膶W(xué)是多么令人興奮。沒錯(cuò)有一次純粹是在物理學(xué)領(lǐng)域，然后是天體物理學(xué)，這讓天文學(xué)家們認(rèn)為這是真正的天文學(xué)。這不僅僅是物理學(xué)，而不是天文學(xué)家不再需要望遠(yuǎn)鏡來做天文學(xué)了！很重要的一點(diǎn)是這些敏感的、短暫的事件，這些事件很快就發(fā)生了，就像時(shí)域天文學(xué)一樣。換句話說，當(dāng)時(shí)間是至關(guān)重要的時(shí)候，你必須要去看，因?yàn)槿绻麤]有抓住機(jī)會(huì)去獲取那些數(shù)據(jù)，就會(huì)錯(cuò)過它！
圖注：圖像右側(cè)可見的太陽耀斑發(fā)生在磁場線分裂并重新連接時(shí)，比現(xiàn)有理論預(yù)測的要快得多。圖片信息及版權(quán)：NASA
同樣重要的是，要認(rèn)識(shí)到有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)。例如鉀耀星，誰看到星星閃爍并散發(fā)出鉀的特征？答案是一個(gè)望遠(yuǎn)鏡在法國，而沒有其他的。這不是由于恒星中的鉀，而是由于探測器室內(nèi)有鉀。但是......事實(shí)證明，可能有真正的鉀耀星，因?yàn)椴晃鼰熣哂^察到類似的特征。
如果你沒有考慮到某個(gè)來源造成的影響，那么很容易欺騙到自己，但這并不意味著看到的效果實(shí)際上并不真實(shí)！例如在帕克斯無線電臺(tái)，在午餐時(shí)間使用微波爐，并打開門，引起無線電波短暫的閃光，使人們認(rèn)為他們看到了一個(gè)快速的無線電爆炸，但不是的，這是微波爐。然而......快速的射頻爆發(fā)是真實(shí)的，現(xiàn)在對它們有了更多的了解，并且看到了一堆！
這里有一個(gè)有趣的想法：如果有一個(gè)雙星系統(tǒng)，兩者都很大并且會(huì)超新星會(huì)發(fā)生什么？那么一個(gè)會(huì)先走，也許會(huì)產(chǎn)生一顆中子星，如果他們進(jìn)入并融合會(huì)發(fā)生什么？中子星將沉入核心，所以會(huì)得到一顆紅色超 （最終）的核心是一顆中子星。這就是Thorne-Zyktow的一個(gè)對象，它可以非常明確地預(yù)測將在表面觀察到什么！
圖注：這是一個(gè)thornezyktow的目標(biāo)應(yīng)該做的事情，其中70分之一的觀測紅超 顯示出所期望的光譜特征。圖片信息及版權(quán)：Screenshot from Emily Levesque's Perimeter Institute lecture
有趣的是，這是核物理、熱物理和化學(xué)的結(jié)合……當(dāng)一個(gè)原子核接觸到中子星的表面時(shí)只停留在那里大約10毫秒，并且會(huì)產(chǎn)生一個(gè)我們在其他地方看不到的化學(xué)信號�？梢栽跇O少數(shù)的紅 中發(fā)現(xiàn)這種奇怪的，預(yù)測的化學(xué)特征。必須確保沒有其他模擬的預(yù)期的效果，即使觀察完全符合理論，也需要從多個(gè)對象和多條證據(jù)中得到確認(rèn)�？茖W(xué)家的工作方式就是這樣：必須壓倒性地說服自己，而不是可能的說服力。
圖注：超新星遺跡1987a位于大麥哲倫云大約165000光年遠(yuǎn)。事實(shí)上中微子在第一個(gè)光信號出現(xiàn)幾個(gè)小時(shí)之前就已經(jīng)告訴了我們更多關(guān)于光通過恒星的超新星層傳播的持續(xù)時(shí)間的事實(shí)，而不是關(guān)于速度中微子行進(jìn)的速度，這與光速無法區(qū)分。光和引力波似乎都以相同的速度傳播。圖片信息及版權(quán)：Noel Carboni & the ESA/ESO/NASA Photoshop FITS Liberator
恒星天文學(xué)家有一個(gè)很大的期望：在有生之年的某一天有一顆超新星，可以用肉眼觀察到的超新星。自1604年以來還沒有一個(gè)來自地球的人見過......但可以隨時(shí)獲得一個(gè)，如果你認(rèn)為月食是壯觀的......想象一下這將是什么樣子！
圖注：一些古怪的天體......其中許多是插圖或模擬，但其中一些是實(shí)際的照片（螃蟹星云（超新星遺跡）是真實(shí)的）（Eta carina是一個(gè)發(fā)光的藍(lán)色變量（真實(shí)）周圍的彈射星云）（雙星的其中一顆是中子星增生物質(zhì)（插圖））（伽馬射線爆發(fā)（插圖）（Thorne-Zyktow對象（模擬））。圖片信息及版權(quán)：E. Levesque / Perimeter
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