天体物理学家最终对宇宙中一些最大、最亮、最稀有恒星的剧烈情绪波动做出了解释。这些被称为发光蓝色变星的恒星，会周期性地爆发出令人眼花缭乱的爆发，这些爆发被戏称为“恒星间歇泉”。这些强大的喷发在几天内将整个行星物质发射到太空，然而几十年来，这种不稳定的原因一直是一个谜。现在一组天体物理学家进行的新三维模拟表明，大质量恒星外层的湍流运动产生了密集的恒星物质团，这些团状物像太阳帆一样捕捉到恒星的强烈光，将物质喷射到太空。天体物理学家于9月26日发表在《自然》上论文表示：在抛撒足够的质量后，恒星会平静下来，直到外层重新形成，整个周期重新开始。
一幅模拟旋转气体的快照，该气体包裹着一颗恒星，质量是太阳的80倍。来自恒星核心强烈光线冲击着恒星外部富含氦的区域，向外发射物质，形成壮观的间歇泉状喷发。单色表示辐射强度，蓝色表示强度较大的区域。半透明的紫色表示气体密度，较浅的颜色表示密度较大的区域。图片：Joseph Insley/Argonne Leadership Computing Facility
博科园-科学科普：纽约Flatiron研究所计算天体物理学中心的研究员Matteo Cantiello说：确定恒星间歇泉形成的原因是很重要，因为每一颗超大质量恒星都可能有一部分生命是作为一个发光蓝色变量度过。这一发现代表了在理解宇宙中最大恒星的生死问题上迈出了重要一步。这些大质量恒星虽然数量不多，但在很大程度上决定了星系通过恒星风和超新星爆炸的演化。蓝色变星(LBVs)非常罕见，在银河系内和周围只有大约12个。巨大的恒星可以超过太阳质量的100倍，接近大质量恒星的理论极限。蓝色变星(LBVs)也格外耀眼：最亮的一颗比太阳光度大100万倍。
这种光将物质推向太空，因为原子对光子的吸收和再发射会产生一个向外的净推力。科学家们认为，极端重力吸引物质进入和极端亮度将其推出之间的拉锯战是蓝色变星(LBVs)标志性爆发的原因。然而原子对光子的吸收要求电子绕原子核的轨道运动。在恒星最深、最热的层中，物质表现为等离子体，电子不受原子束缚。在较冷的外层，电子开始重新结合原子，因此可以再次吸收光子。先前提出对爆发的解释预测，外层氦气等元素可以吸收足够的光子来克服重力，并在爆发时飞向太空。
但是简单的一维计算并没有支持这个假设：外层似乎没有足够的密度来吸收足够的光线来超过重力。然而这些简单的计算并没有全面反映出巨型恒星内部复杂的动力学。Cantiello和加州大学圣巴巴拉分校Kavli理论物理研究所的蒋彦飞(音)以及同事采取了更为现实的方法。研究人员创建了一个详细的三维计算机模拟，模拟物质、热和光如何在超大恒星内流动和相互作用。所涉及的计算需要超过6000万个计算机处理器小时才能解决。在模拟中，外层的平均密度太低，物质无法飞行——正如一维计算所预测的那样。然而新的计算结果表明，外层的对流和混合导致某些区域比其他区域更密集，一些团块的不透明程度足以被恒星光发射到太空。
这样的喷发发生在时间尺度上，从数天到数周不等，因为恒星在搅动，亮度波动。该研究小组估计，这些恒星每年能产生大约100万亿公吨的物质，大约是地球质量的两倍。研究人员计划通过合并其他效应来提高模拟的准确性，比如恒星的旋转，这使得在恒星快速旋转的赤道附近发射物质比在几乎静止的两极附近更容易(这就是美国宇航局从佛罗里达和加利福尼亚发射火箭而不是从缅因州或阿拉斯加发射火箭的原因)。提高恒星模拟的逼真度对于获得天体物理学的真知灼见至关重要。从简单的单维计算向全三维模拟的转变需要更多的计算能力和更复杂的物理条件，但结果是值得的。必须运用所有这些物理知识，将成为理解这些剧烈喷发和这些大质量恒星演化的关键。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature》｜研究/来自：西蒙斯基金会，DOI: 10.1038/s41586-018-0525-0
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