恒星依照“自然法典”自轉(zhuǎn)的速度有多大?
恒星的自轉(zhuǎn)有多快?宇宙的萬事萬物都處于旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),行星和行星的衛(wèi)星產(chǎn)生自轉(zhuǎn),行星和衛(wèi)星在自轉(zhuǎn)的同時繞著自轉(zhuǎn)的恒星旋轉(zhuǎn),恒星和行星在自轉(zhuǎn)的同時繞著自轉(zhuǎn)的星系旋轉(zhuǎn)。從微觀粒子到宏觀天體,一切物體都在做不停地旋轉(zhuǎn)運動,在自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)的軌道上一路“風塵仆仆”。人們可以在田間和工廠的勞作中休息片刻,抬頭觀望天空上令人睜不開眼的火熱球體——太陽,它像所有的恒星一樣擁有旋轉(zhuǎn)軸。
人們不能用“裸眼”長時間地觀望,炙烈的陽光可能永久地灼傷人的眼睛,可以使用特別用途的望遠鏡,直接觀測太陽表面的黑子和其它特征。人們在追蹤太陽的運動軌跡時發(fā)現(xiàn),太陽赤道的每一點需要24.47天才能繞太陽的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一圈,較慢的極點需要26.24天才能繞太陽的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一圈。
太陽并非是一個固體性的巖石球體,它由炙熱的等離子體構(gòu)成,太陽的不同區(qū)域以不同的速率進行旋轉(zhuǎn),但太陽自轉(zhuǎn)得得十分緩慢,它幾乎成為了理想的球體。假如阿波羅被推選為“太陽之神”,當他“相安無事”地站在太陽表面,也會隨著太陽一起轉(zhuǎn)動,他的轉(zhuǎn)動速度可以達到大約每小時7000公里,這似乎是一項令人吃驚的高速度,但和其它類型的恒星進行對比時得出了怎樣的結(jié)果?一顆恒星自轉(zhuǎn)的最快速度是多少?

阿森納是一顆比太陽的自轉(zhuǎn)快得多的恒星,位于波紅星座,距離地球為139光年,天文學(xué)家將它列入了天空最亮的10顆恒星之一,阿森納的質(zhì)量大約是太陽的7倍,它每兩天沿著自身的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一圈。近距離地觀看阿森納時,它看上去好像一個扁平的球體,設(shè)想一下,用一把“天尺”測量從它的北極到南極的距離,阿森納的直徑是太陽的7.6倍。它擁有扁平的外形,用一把“天尺”測量它的赤道周長,它的赤道圓周長是太陽的11.6倍。
設(shè)想一下,阿波羅“太陽神”變身為“阿森納神”,站在阿森納恒星的表面時,阿波羅呼嘯而過的速度達到了每小時90萬公里。人們目前已知的最快自轉(zhuǎn)速率的恒星是VFTS 102,它的質(zhì)量是太陽的25倍,距離地球大約為16萬光年,它位于大麥哲倫星云內(nèi)的蜘蛛星云,而蜘蛛星云是一個煉造大質(zhì)量恒星的“夢工場”或“夢想的舞臺”,好似一個創(chuàng)制恒星的“孵化器”。
設(shè)想一下阿波羅站在恒星 VFTS 102的表面,“奔跑吧,兄弟!”,阿波羅的旋轉(zhuǎn)速率為每小時2百萬公里。VFTS 102的自轉(zhuǎn)速度極為迅猛,幾乎達到了“土崩瓦解”程度,它只能勉強維持自身的完整性,任何由額外“提速”帶來的離心力都將克服它的自身引力,當“捆綁”恒星 VFTS 102的引力遭到離心力的摧毀,它將被撕裂成碎片,這就是天文學(xué)家看不到它有任何更快自轉(zhuǎn)速度的原因,不能處理更快自轉(zhuǎn)速率的問題,只能盡量避免毀滅性的更高自轉(zhuǎn)速率。VFTS 102是人們目前發(fā)現(xiàn)的最快自轉(zhuǎn)的恒星。
恒星VFTS 102出現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象,它比周圍的恒星擁有快得多的太空穿行速度,天文學(xué)家認為它曾是一個雙星系,它的伴星發(fā)生了超新星爆炸,巨大的爆炸能量將它“甩開”,好像“彈弓效應(yīng)”產(chǎn)生的推動力,恒星VFTS 102被它的超新星伴星“彈射”到很遠的地方,在太空中得到了“快馬加鞭”的穿行速度。不僅活的恒星產(chǎn)生自轉(zhuǎn),而且死的恒星也是如此。

死亡恒星將自轉(zhuǎn)帶入新的層次,通過恒星的塌縮作用形成了中子星,這類恒星的質(zhì)量遠高于太陽,大質(zhì)量恒星進入死亡階段時,它將以超新星方式產(chǎn)生巨大威力的爆發(fā)。中子星從大質(zhì)量死亡恒星的遺骸中以突然的方式產(chǎn)生,質(zhì)量相當于太陽兩倍的恒星被壓縮成微小的球體,它的直徑大約是20公里,恒星自帶的角動量得以保存并轉(zhuǎn)移到中子星,高速轉(zhuǎn)動的中子星遵守角動量的守恒。
天文學(xué)家曾經(jīng)記錄過最快的中子星,它的自轉(zhuǎn)達到了大約每秒700次,如此高速自轉(zhuǎn)的中子星將發(fā)出強烈的輻射光束,當中子星的光束掃過地球時,好像燈塔的光束劃過了黑暗中的行船。中子星發(fā)出的周期性輻射光束被物理學(xué)家稱之為脈沖。普通恒星在高速自轉(zhuǎn)中可能被離心力撕裂,但中子星擁有非常高的物質(zhì)密度和引力,它們在高速自轉(zhuǎn)中沒有被離心力撕裂成“七零八落”的碎片。中子星的輻射光束在時間過程中將會逐漸剝落和消耗自有的角動量,它們的自轉(zhuǎn)速率隨之下降。
黑洞的自轉(zhuǎn)比中子星更快,當一個黑洞處在活躍期時,十分貪婪地從它的雙星系伴星中攫取“營養(yǎng)物質(zhì)”,一個超大質(zhì)量的黑洞可以輕易吞噬周圍的恒星。有些黑洞的自轉(zhuǎn)幾乎達到了光速,物理學(xué)的光速最大規(guī)律阻止了宇宙中的任何物體以超光速轉(zhuǎn)動。黑洞自轉(zhuǎn)的速度接近了物理學(xué)規(guī)律的邊界,但沒有破壞光速最大化的物理規(guī)律。
天文學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量黑洞,它的自轉(zhuǎn)速度達到了光速的87%,相對論運動物體以光速為限。有些物理學(xué)家指望了反物質(zhì)在黑洞“潛伏”,而反物質(zhì)儲存了人類未來所需的寶貴能量,他們可能會大失所望,天文學(xué)家確實在尋找反物質(zhì)的“藏身之地”,但迄今沒有發(fā)現(xiàn)任何的痕跡。毫無疑問,黑洞是已知自轉(zhuǎn)速度最快的天體。

(編譯:2016-7-1)