恒星體內的寄生怪胎

北辰

作為廣袤宇宙中最著名的一顆恒星，我們常常將太陽當作比較其他恒星大小的標準。其實，絕大多數的恒星都很小，它們往往只有太陽質量的10%～20%。如果我們將它們稱為小恒星的話，那么太陽就是中恒星，而大恒星的質量往往是太陽的幾十倍甚至數百倍。

恒星家族的分布規律很有趣——小的多，大的少。如果按比例來估算的話，一顆大恒星的存在，往往意味著同時還有250多顆中恒星和5600顆小恒星。

當然，除了以質量為標準來衡量恒星大小外，我們還能按體積劃分恒星家族。在它們之中，有些家伙僅憑超大的體積就躋身于大恒星之列，比如紅超巨星和藍超巨星等。不過，它們實在是浪得虛名，配不上大恒星的名份——它們其實都是虛胖子。

恒星家族的“巨無霸”

紅超巨星（Red Supergiant）是恒星家族中一個很奇怪的成員：它們大多是瀕臨死亡的恒星，直徑為太陽的幾百倍到上千倍不等，是宇宙中體積最大的恒星。它們會發出較低溫度的紅色光芒，是恒星光譜分類的約克光譜分類中的第1級。

如果我們能把一顆紅超巨星放在太陽系的中心，那么它將吞沒很多行星，甚至可以吞沒土星?？茖W家至今無法確切描述紅超巨星的具體大小，因為它們的外側是游離氣體，沒有明確的界限。

距離我們最近的是一顆名為參宿四（Betelgeuse）的紅超巨星，它距離我們約500光年。因為較近的距離和巨大的體積，它成為除了太陽之外，人類首度能解析出其表面大小的恒星。

紅超巨星體內的寄生胎

雖然絕大多數的紅超巨星都是虛胖子，但是有些紅超巨星卻非常特別：它們不僅個子大，質量也大，甚至已遠遠超過了合理的質量上限。原來在它們體內，還有另一顆恒星！

能在恒星的肚子里發現另一顆恒星，其實并不奇怪。早在1977年，美國天文學家基普·S·索恩（Kip Stephen Thorne）和波蘭天文學家安娜·祖特闊夫（Anna Zytkow）就提出假設：某些紅巨星或紅超巨星的體內，可能存在中子星，而這種獨特的天體也被人們稱為索恩-祖特闊夫天體。此后，科學家相繼發現了兩個疑似天體。2014年，天文學家在研究小麥哲倫星系的紅超巨星時，發現了第3個候選者——一顆名為HV 2112的紅超巨星，在它的內部寄生著一顆中子星。

中子星異常致密，是人類已知除黑洞外密度最大的星體，它的密度相當于水的一百萬億倍。1cm3的中子星質量可以達到0.8～20億噸，半徑為1萬米的中子星的質量幾乎與太陽相當。如果將地球按照這樣的密度進行壓縮，那么地球的直徑將只有243米。

而紅超巨星的外部都是些氣體，透過這層氣體，我們便可以觀察到其內部的物質。當然，科學家并非是通過肉眼或光學望遠鏡來觀察的，而是借助檢測光譜波段來研究的。這種方法可以揭示很多恒星的內在秘密，告訴人們那里有什么化學元素。

科學家觀測HV 2112的光譜時發現，它包含著鋰、鉬、銣等重金屬的譜線，且豐度異常高，而這些化學元素則是索恩-祖特闊夫天體特有的。由于紅超巨星的溫度很低，而中子星的溫度極高，因此紅超巨星的一些氣體會落入中子星，從而引發新的核融合過程。正因為如此，我們才能從光譜中發現上述重金屬的譜線。而這些光譜顯示的正是紅超巨星與中子星復合的演化，它可以讓科學家更好地理解恒星內部的化學演化過程，告訴我們這些化學元素是怎樣生成的。

一個是密度極高的中子星，一個是龐大無比的氣體球紅超巨星，它們也算是宇宙中的最佳寄生搭檔了。

一對搭檔的前世今生

索恩-祖特闊夫天體就像是人類社會的寄生胎那樣，一個寄生在另一個體內。而中子星和紅超巨星的關系也表明，它們曾是一對兄弟，只是由于某種原因，一個發育完好，而令一個發育不良，結果就發展成為如今這般狀況。

很久很久以前，它倆曾是雙星。我們所認為的雙星，是靠在一起的兩顆恒星，它們相互環繞著對方運行。有人說它們是一對夫妻，也有人說它們是兄弟或父子，不同的說法取決于它們之間不同的關系。而這種關系是由各種非常復雜的因素所決定的，比如個頭大小、類型區別、距離遠近等等，這也讓它們之間演繹出了各種各樣的奇特關系。而與一般雙星不同的是，這對索恩-祖特闊夫天體的前身是一對超大的雙星。

依照宇宙的生存規律，超大恒星是沒有什么優勢的，它們的壽命一般都很短。在恒星誕生之初，超大恒星擁有極為豐富的質量，而質量意味著能量，這正是它們不斷猛烈燃燒的本錢。而恒星越大，演化得也就越快。它們具有極高的溫度，發出極其明亮的光芒，肆無忌憚地揮霍著能量。當氫元素燃燒完之后，接近中心的氦元素也會被點燃，但是星體的體積卻會飛速膨脹，膨脹到一定程度時，它就成為了紅超巨星。如果這些反應沒有停止，那么最終這個超大恒星就會發生超新星爆發（這也是宇宙中最壯觀的景象），拋掉“外殼”之后，成為一顆中子星。

而紅超巨星HV 2112，以前也是一顆大質量恒星，但它與變成中子星的這顆恒星相比，質量要小一些。由于能量反應小，它的演化速度就慢。當恒星的輻射和引力不再平衡時，它的“外殼”就會開始膨脹，體積將會擴張上億倍，最終變成一個巨大的氣體球——紅超巨星。同時，由于它的“地盤”不斷擴大，最終會將昔日的同伴吞噬。不過，現階段的紅超巨星其實已經進入了演化末期，正逐步走向生命的盡頭。

由此可見，兩顆恒星在誕生之時的質量區別，導致了兩者間不同的演化速度和反應程度，并最終形成了索恩-祖特闊夫天體。

紅巨星：當一顆恒星度過它的青壯年期——主序星階段，步入老年期時，它將首先變為一顆紅巨星（Red Giant Star）。紅巨星是恒星所經歷的一個較短的不穩定階段，處于該階段的恒星表面溫度相對很低，但極為明亮。它之所以被稱為紅巨星，是因為此時恒星的顏色看起來是紅色的，且體積又很巨大。

藍超巨星：它是恒星光譜分類中的第1級，光譜型為O或B型，屬于超巨星中的一種。它們的溫度與亮度都非常高，表面溫度為10000℃～50000℃，質量至少是太陽的10倍。

合并或者分離

雖然紅超巨星HV 2112是個氣體球，但在它的中心還存在著一個硬核。我們可以把這個硬核當作另一個天體，而它與那顆中子星也是雙星關系。既然是雙星，彼此就要相互圍繞著對方運轉，只不過這個雙星是在一大團氣體中活動。它倆之間需要一種藝術的平衡，以保證和諧相處。但命運真會如此嗎？

對于紅超巨星HV 2112來說，這顆在它體內的中子星有可能會借助它的能量越長越大，并導致HV 2112的毀滅，這對它來說可不是什么好消息。

中子星本就是耗盡了氫元素的恒星，氫元素對它來說就是食物，來者不拒。當它進入到紅超巨星體內時，會發現仍未燃燒的、極其豐富的氫元素。接下來的劇情或許會變得很簡單——中子星瘋狂地吸積氫元素，而紅超巨星會因此萎縮，變成一個扁平的、螺旋狀的吸積盤，環繞在中子星的周圍。此后，中子星仍會不斷吸取其周圍的物質，并最終將這個可憐的氣體球完全吞噬。

除此之外，還有一種可能的命運。如果紅超巨星的核心和中子星距離較近的話，雙方的引力會讓軌道周期衰減，從而沿螺旋形軌道向彼此靠近。當它倆過于接近時，就會碰撞并發生超新星爆發，演化為一顆更大的中子星，而這顆全新的中子星同樣會吞噬紅超巨星。

不過，故事的發展還會有第三種可能。之前我們提到，紅超巨星是瀕臨死亡的恒星，但它仍在膨脹。當它膨脹到一定程度時，就會發生超新星爆發，HV 2112也不例外。爆發之后，紅超巨星的命運就是成為一顆中子星！如此一來，它將會和它體內的那顆中子星并肩站立，成為兄弟般的雙星。也許這樣的結局是最完美的——它們的前世是雙星，但由于彼此不同的演化過程，在途中分道揚鑣。然而經過超新星爆發后，它倆都成為了堅硬致密的中子星，再度變成了雙星。

究竟在宇宙這位編劇大師的筆下，紅超巨星HV 2112和那顆中子星的命運將會如何，我們不得而知。但在138億年的時間里，的確已經發生了許多奇妙有趣的故事，宇宙會為它們這段旅程寫下令人欣喜的大結局嗎？