当恒星碰撞时：解决蓝环星云的16年之谜

根据发表在《自然》杂志上的一篇新论文，花了16年的时间，但天文学家终于解决了神秘的蓝环星云的难题。首次在2004年被发现的恒星，带有不寻常的紫外线环，似乎是两颗恒星合并的结果，它们向相反的方向喷出碎屑并形成两个发光锥。在我们看来，它像是一个蓝色的圆环，因为其中一个圆锥直接指向地球。这使得这是对恒星演化的罕见阶段的首次观察，距该过程只有几千年了，这类似于捕捉婴儿的第一步。

故事始于所谓的GALEX（Galaxy Evolution Explorer）任务，该任务是从2003年至2013年在电磁光谱的紫外线波段进行的全天候测量。加州理工学院的物理学家Chris Martin是GALEX的PI发现了一个不寻常的物体：一个巨大的微弱发光气体团，中心有一颗恒星。 GALEX在远紫外线和近紫外线波段都进行了测量，但是虽然GALEX观察到的大多数物体都出现在两个波段中，但被称为TYC 2597-735-1的恒星周围令人惊叹的蓝色环仅在远紫外线中出现了。

出于好奇，马丁决定进一步调查，并确信他和他的团队可以在年底前提出可行的解释。他认为蓝环星云很可能是超新星遗留下来的，或者可能是由恒星残骸形成的行星状星云，其大小大致相当于我们的太阳，即使这些恒星通常会发出紫外线范围之外的多个波长的光。但是事实证明这是一个更加棘手的问题。

马丁和他的团队在接下来的几年中使用了尽可能多的不同空间和地面望远镜来研究星云。他们意识到实际上有两个环，从周围星云的中心部分偏移了，这也与它是休克星云一致。对中央恒星的档案数据的仔细研究表明，红外线中有过多的发射，这表明存在着吸收尘埃盘并重新向红外线辐射的尘埃盘。

马丁在一次虚拟的新闻发布会上说：“这非常令人惊讶，因为这个星云看起来像是恒星老化并停止燃烧氢之后，可能变成白矮星，就像行星状星云之后产生的。” “但是，绕星盘看起来就像我们在一颗年轻的恒星中看到的一样。”

下一步是使用W.M.的高分辨率光谱仪夏威夷的凯克天文台（Keck Observatory）寻找恒星周围同伴的证据。该团队没有发现任何像恒星一样大的恒星，但却发现了中心恒星附近可能是“热木星”行星的暗示。马丁说，尽管证据不明确，但“我们的工作假设是，炽热的木星旋入恒星并造成某种大火，这导致我们认为是双极流出。” “但是，不可能提出一个方案来解释所有这些[相互矛盾的]观察结果，因此几年后，我们继续做其他事情，并且该项目处于休眠状态。”

快进到2017年，凯瑞·霍德利（Keri Hoadley）以博士后的身份加入马丁的团队。霍德利承担了将难题的所有部分放在一起的任务，以解释这个矛盾的对象。她很快确定了星云发出的辉光是由氢原子在激波锋形成时被激发而引起的，从而使它们以可见光发光。同时，反向冲击波向内移动，导致氢分子（而不是原子）也被激发并在紫外线下发光。霍德利在新闻发布会上说：“我们已经看到宇宙中的其他物体以相同的方式发射同样的分子，这并不是我们对这种情况下激发分子的最初猜测。”

关于炙手可热的木星工作假说，与德克萨斯州霍比-埃伯里望远镜上的“可居住地带行星搜寻器”的同事合作，证实没有紧凑的物体绕恒星运行。霍德利说：“毕竟，我们认为我们根本没有看到一个行星。”这促使他们考虑其他替代方案。

为了帮助将一切联系在一起，Hoadley等人。求助于哥伦比亚大学的理论物理学家布赖恩·梅茨格（Brian Metzger），他同意证据不支持恒星与行星的碰撞，因为星云运动太快且质量太大。他认为恒星碰撞是“蓝环星云”的最可能解释，而天文学家观察到的异常特性是因为它们恰好在正确的阶段抓住了合并。恒星演化模型证实了这一假设。

那么到底发生了什么？天文学家现在认为，几千年前，一颗与我们太阳大小差不多的恒星在其周围绕着一个较小的恒星运行。随着年龄的增长，更大的太阳升起，使其外层越来越接近其伴星。那颗较小的恒星从其较大的伙伴上吸走了碎片，形成了一个圆盘，但最终被较大的恒星消耗掉了。这次合并随后将一片碎片云带入了太空。

可爱的蓝色环是所有碎片的流出，形成两个圆锥体，它们朝相反的方向向外散开。从地球的角度来看，我们看到一个圆锥头朝上，而第二个向后圆锥形正好位于它后面。根据梅茨格（Metzger）的说法，这种双圆锥几何形状的一种可能机制是，初始盘围绕着较小的恒星形成，因为它开始旋转成较大的恒星。

但是，可以说，在最后的暴跌中，更多的材料向各个方向弹出。新材料撞击了初始磁盘，该磁盘实际上将其切成两半，从而将所有排出的物质重定向到双极流出。千年过去了，不断膨胀的碎片云逐渐冷却并形成了分子和尘埃，包括与星际介质相撞的氢分子。这导致氢分子发出远紫外线，最终变得足够明亮以至GALEX能够发现它。

霍德利（Hoadley）承认，一些团队成员对结论感到失望，因为他们的心态是“行星破坏情景”。两星相撞似乎不太有趣。

霍德利说：“但是在这种情况下，这根本不是真的。” “在我们从未见过这样的例子的时候，我们正在捕获蓝环星云及其中央恒星合并的残余物。恒星合并的亮度达到峰值，然后迅速消失，因为当一颗恒星与另一颗恒星合并时，它会弹出大量的物质，然后这种物质冷却并凝结成灰尘和其他分子。这很快就阻止了我们对合并发生核心的任何看法。”

她继续说，借助蓝环星云，合并并没有发生，但仍处于“情况高度不稳定，整个系统仍受此事件困扰的状态”。 “因此，我们可以研究的是这个原始，美观的系统，以检验我们关于这些系统的演化的理论，以解释我们在那里看到的不同恒星种群。”她和她的同事有足够的时间继续学习它。蓝环星云预计将持续一千年至几万年。

这就是为什么梅茨格将蓝环星云描述为“罗塞塔石”类型的物体的原因，因为天文学家认为恒星合并实际上很普遍。他在新闻发布会上说：“我们对一个恒星在其整个生命周期中如何演化有某种想法，而合并可能会对恒星的演化产生巨大影响。”天文学家偶尔会发现异常类型的恒星，并推测它们可能是恒星合并的结果。 “但是我们没有办法证实这一点，因为当我们看到这些恒星时，这些合并的等效蓝环星云早就消散了。”

下一步是希望找到更多这样的中点事件，最好是涉及具有不同太阳质量的恒星。梅茨格说：“通过合并的不同组合，我们也许可以进一步检验我们关于合并结果的多样性的想法。”