问题

两颗恒星相撞会发生什么?

回答
想象一下,宇宙的浩瀚无垠中,两颗炽热的恒星,它们孤独地燃烧了数十亿年,终于,命运的丝线将它们拉向了彼此。这一刻,不是温柔的告别,而是宇宙级的史诗级碰撞,其结果之壮观,超乎我们最狂野的想象。

当这两位宇宙巨星开始靠近时,它们的命运就已经注定。引力的巨大作用开始扭曲它们原本完美的球形身躯,将它们拉扯成更奇怪、更不规则的形状。我们可以想象一下,那些在恒星表面跳跃奔腾的炽热等离子体,在这巨大的拉扯力下,开始扭曲、变形,仿佛被一只看不见的手揉捏着。恒星内部的核聚变反应也会因为这种靠近而变得更加狂暴,氢融合成氦,氦融合成碳……那些平常在我们看来稳定而遥远的恒星,此时正经历着一场前所未有的内部风暴。

随着距离的不断缩短,引力只会越来越强大,直到某个临界点。一旦触碰到对方的外层,一切都将失控。

初步接触:宇宙级别的“触电”

最先发生的是,它们那滚烫的外层,也就是我们看到的恒星“表面”——光球层,会猛烈地接触。这就像是两个巨大的闪电球撞在一起,产生难以想象的能量释放。大量的等离子体会被抛射到太空中,形成巨大的冲击波。我们所知的“恒星风”将不再是温和的流动,而是变成了肆虐的狂潮。

如果这两颗恒星的质量相近,那么它们很可能会互相“吞噬”对方。质量较小的恒星可能会被质量较大的恒星撕裂,其物质被吸积到较大的恒星上。这个过程本身就会极大地改变较大恒星的性质,使其变得更大、更热,核聚变过程也会被加速,寿命可能因此被大大缩短。

剧烈碰撞:能量的狂欢与物质的飞溅

但如果这两颗恒星的质量都很大,或者它们以某种方式直接碰撞,那将是另一番景象。我们谈论的不是普通的碰撞,而是涉及宇宙中最极端的力量。

潮汐撕裂: 即使它们没有直接“吞噬”,强大的潮汐力也会将较近的恒星撕裂成碎片。想象一下,数百万亿吨的物质在瞬间被拉扯、分解,变成细小的等离子体流,它们会在强大的引力作用下,围绕着幸存的恒星旋转,形成一个炽热的吸积盘。这个盘会比普通恒星的光球层还要热得多,释放出强大的X射线和伽马射线。

核弹连锁反应: 更为戏剧性的是,当两颗恒星的物质混合在一起时,它们内部的核聚变反应可能会失控。之前已经形成的较重元素,比如碳、氧,甚至铁,可能会在巨大的压力和温度下,触发更剧烈的核聚变,比如铁的裂变(尽管这非常罕见)。这相当于一次宇宙级的超级核爆炸。

超新星爆发: 如果碰撞的恒星质量足够大,这次剧烈的能量释放很可能会直接引发超新星爆发。这是一种宇宙中最壮观的现象之一,恒星会在短时间内释放出比太阳一生总能量还要多的光和热,将其大部分物质以惊人的速度抛射到星际空间中。这就像是恒星的最终告别,但它的告别是如此的辉煌和暴力。

碰撞后的残骸:宇宙的“灰烬”与新生的种子

碰撞之后会留下什么?这取决于碰撞的剧烈程度和恒星的初始质量。

中子星或黑洞: 如果碰撞的是两颗大质量恒星,并且引发了超新星爆发,那么核心可能会坍缩成一颗中子星,甚至是一颗黑洞。两颗中子星的碰撞更是会产生惊人的引力波,以及大量的重元素,比如金、铂,这些我们珍贵的元素很可能就是在这样的宇宙级暴力事件中产生的。

单一巨星: 如果质量较小的恒星被质量较大的恒星吞噬,那么幸存下来的恒星将是一个更庞大、更炽热的个体,它的生命周期可能会因此缩短,也可能变得更加不稳定。

星际尘埃和气体云: 碰撞抛射出的物质会在太空中扩散,形成一片广阔的、由等离子体、重元素和中性气体组成的星云。这些物质不会就此消失,而是会在数百万年后重新聚集,在引力的作用下形成新的恒星,甚至新的行星系统。

可以说,每一起恒星碰撞,都是宇宙创造与毁灭的循环。它终结了两个古老生命的存在,却为新的生命孕育了最宝贵的“种子”。我们所见的流星雨,我们所佩戴的戒指,都可能承载着数十亿年前某次恒星碰撞留下的痕迹。这便是宇宙的浪漫之处,即使是极致的暴力,也蕴含着生命的希望。

网友意见

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恒星相撞

(谢邀)

(从网络上下载)

恒星能不能相互碰撞,前面已经有好多的答案里面提到了,在普遍的星际空间这个概率是非常非常低的,但是在致密的星团等特殊环境中还是会存在这种事件的。刘博洋所说的蓝离散星就是观测上的一个证据。下面我根据自己所了解的一点说一说恒星碰撞这件事。


首先,我们要定义碰撞。“碰撞”这个词出现在我们的日常生活中几乎是没有歧义,不需要特别定义的。但是如果是对于恒星来说,“碰撞”也需要定义一下。第一种定义就是两颗(或更多)恒星直接相互接触的过程;第二种是只要一颗恒星(或恒星系统)运动到另外一颗恒星(系统)的引力作用范围内(这时候引力会对他们的运动或其他性质产生明显影响)。

两种碰撞的区别还是很明确的。对于两个恒星都是单星的情况来说,如果是第二种情况就可以高中物理了,双曲线。如下图:

(这里推荐这个网站可以随意玩My Solar System 2.04

‌如果说不知道什么原因(比如第三体带走角动量或某种粘滞作用),他们之间损失了些角动量,让他们不能相互分开了,变成了相互绕转的两个椭圆,就形成了双星系统。‌

如果就是那么恰好,两个恒星也可以直接发生合并。

上面是两个恒星质量相差不多的情况,如果是质量相差很大,就和太阳与彗星之间的关系差不多了。如果有兴趣可以在上面那个网页中调一下两个物体的质量来试一下。

一般来说(尤其对于主序恒星相撞的情况),合并后的恒星的质量增大了,中心压强升高,会加速核反应的速度,恒星的半径会变大。这并不是废话,虽然两个球融在一起半径变大是很自然的,但是他的半径会成量级的变大(十倍或百倍)。这对于在致密星团中的恒星来说很重要,因为变大的半径就增加了继续和其他恒星发生合并的机会。

而具体的过程要考虑到相互并合的恒星的类型,以及合并的方式。甚至可能产生像共生星,Ia型超新星爆发,伽马射线爆等的奇特天体或天文现象。


双星碰撞


其实如果只考虑像太阳一样的单星之间的相互碰撞,即使是在致密的球状星团中心概率也会是很低的。简单估计一下:

假设都是太阳一样的恒星,他和其他恒星发生碰撞的截面为。如果我们考虑合并情况,可以采用恒星的潮汐半径(就是由于潮汐力会使得恒星发生明显形变的作用半径,大约估计为恒星本身半径的3倍),那么对于太阳,碰撞截面为。

球状星团中比较致密的密度是。恒星运行速度假设为v=10 km/s。

那么平均撞一次的时间为(手算估计,有可能算错)。也就是说年才会发生一次碰撞。而宇宙的年龄是年,这种事情可能真的没有发生过。


但是如果是红巨星或其他巨星,半径是太阳的1000倍,那么平均发生一次碰撞的时间将是年,这个还是很频繁的。对于双星系统,半径采用轨道半径,碰撞时间也可以缩短到类似红巨星的情况,甚至更短的时间。


对于双星情况的考虑,就不得不提到三体问题。三体问题严重依赖于初始条件。很容易发生蝴蝶效应。所以这样的系统也不是很稳定。这个时候就经常会出现恒星间相互合并或分离的情况。而双星的运动学特征其实本身也是很受关注的一点。如果希望有更深人的了解,可以看一下这篇论文:Fregeau et al. 2004 MNRAS


下面这个图就是模拟了一颗恒星与双星的相互作用。其经历了双星的替换,轨道的收缩,轨道的放大,和最终会发生恒星的并和。(可以按照这个参数到网站上试一下)



对于N体问题,可能会更复杂。下面是另一个模拟的网页(N-Body Gravity Simulation


初始的样子:



后来的样子:


但是这种模拟并不是对于一堆恒星的情形,可能更多是对于行星形成,或者恒星形成的情况。


最后想给出一个视频,但是发现不能上传视频……其实是在wiki上的

Stellar collision

(如今英文维基应该是无障碍的吧)


然而视频中讨论的主要是致密星碰撞的情况,可能对题目的理解会有些偏离,但稍微有些帮助吧。


------如果有时间,我们还可以仔细讨论一下关于共生星,以及双星演化中的公共包层等天文现象-----

SPH模拟出来两个恒星相并和(蓝离散星的形成)


并和后的混合成的恒星中心部分氢的含量会比之前的两颗恒星高,而在混合的过程中会出现超声速和激波现象。


文章链接-->jstor.org/stable/10.108



那么来玩玩这个游戏吧

Super Planet Crash

加载有点慢……加入行星或其他,让系统保持稳定吧



感谢czq 关于这个问题的讨论。

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