说到恒星,我们最熟悉的就是对于我们最重要的天体太阳,而诸如太阳这样的恒星是如何形成的呢?
由国内多名天文学者组成的团队在一项最新研究中,首次在一个诞生于宇宙产生初期的“化石星系”中发现了一氧化碳气体。这一发现,为探索早期宇宙恒星的形成提供了新的重要依据。科研人员认为,在宇宙诞生之初,恒星也很可能形成于分子气体。
所谓“化石星系”,是指形成于宇宙早期但随后很少演化的星系。通常认为,这些星系诞生于宇宙产生初期,它们至今具有非常低的金属含量,与宇宙早期环境十分类似。研究“化石星系”,对理解宇宙第一代恒星和星系的形成,都具有重要意义。
本次研究领导者、南京大学天文与空间科学学院教授施勇说,科学家普遍认为,现在的恒星,比如人们熟知的太阳,是由分子气体云在引力作用下向内塌缩而形成的。当冷却到接近绝对零度的极低温度,分子气体逐渐收缩,内部压强小于气体本身的万有引力,就会最终形成高密度的气体球:恒星。但在宇宙诞生之初,恒星是怎样形成的?是与今天的机制类似,还是直接形成于温度更高的电离或原子气体?这一直是科学界悬而未决的难题。
寻找早期恒星形成于分子气体的证据,首先要在“化石星系”中找到分子气体的标志:一氧化碳气体。过去十几年来,国际上多个科研团队已经使用不同望远镜在“化石星系”中搜寻一氧化碳,但都没有成功。
2014年起,施勇教授团队也与中科院上海天文台研究员王均智、中科院紫金山天文台研究员高煜等,一起开展一氧化碳气体搜寻工作。2016年3月,研究团队申请获得了西班牙毫米波射电天文所(IRAM)30米口径毫米波望远镜60个小时的观测时间。经过近10天的观测,科研人员成功在一个名为DDO70的“化石星系”中探测到一氧化碳气体。这也是国际上首次在“化石星系”中发现一氧化碳气体。这一发现,直接证明了“化石星系”中存在冷分子气体,科研人员推断,在宇宙形成早期,“化石星系”中的恒星也与今天类似,形成于分子气体的塌缩。
一闪一闪亮晶晶 宇宙恒星数不清
想要知道宇宙中的恒星数量,一种方法是弄清在一个典型星系中的平均恒星数量,然后将其乘以宇宙中的星系数量。
根据2016年十月的一项最新研究,天文学家利用来自哈勃太空望远镜的深场图像发现,宇宙的星系数量是此前认为的10倍,总计大约有2万亿个星系。
在最漆黑的夜晚,肉眼可以看到只有不到一万颗的恒星,但根据天文学家的估计,平均每个星系拥有1亿颗恒星。
得到这个数字并非只是通过把天文望远镜瞄准天空,然后计数出恒星的数量,只有星系中最明亮的恒星才能被天文望远镜观测到。
例如,2008年,斯隆数字巡天(覆盖天空中三分之一的所有可观测到的天体)探测到大约4800万颗恒星,这只是估计恒星数量的一半。
如果在银河系邻近的仙女座星系之中,有颗与太阳一样亮的恒星,那么使用传统的天文望远镜(如斯隆数字巡天所使用的那些)是无法观测到的。
相反,估计星系中恒星的数量是基于星系的质量。因为宇宙正在膨胀,并且星系之间互相远离,所以平均而言,从其他星系发出的光会出现轻微的“红移”,这意味着它的波长被拉长了。但由于星系的自转,星系中的某些部分实际上是靠近地球运动,这意味着一些光会出现“蓝移”。
通过使用这些光学测量,天文学家可以粗略估计星系的旋转速度,进而揭示了它的质量。不过,天文学家还必须要过滤掉所有的暗物质、或施加引力作用而不反光的物质。
来自美国伊萨卡学院(Ithaca College)的天文学家David Kornreich表示,在一个典型的星系中,如果通过观测星系自转曲线(星系中的恒星、气体和尘埃的速度随着与星系中心的距离而变化)来测量它的质量,那在得到的结果中暗物质大约占了90%。
把宇宙的星系数量(大约是2万亿)乘以平均每个星系的恒星数量(大约1亿颗),可以得到整个宇宙大约有2万亿亿颗的恒星。
当然,这只是估计的全宇宙恒星数量,究竟有多少颗恒星只有天知道。
科学家探索恒星 寻找潜在的外星生命
半人马座阿尔法星是由3颗恒星构成的,两颗双星——半人马座阿尔法A星和B星,以及距离地球最近的恒星——比邻星。
科学家将注意力转移至半人马座阿尔法星,寻找潜在的外星生命。依据一项最新模拟实验,美国宇航局研究人员评估称,半人马座阿尔法星中双星轨道的一颗行星持续存在10亿年,那么它将潜在具备孕育生命的条件。
但是伴随着此类项目可行性逐渐确立,理解半人马座阿尔法星双星系统宜居地带是否存在类地行星变得日益重要。美国宇航局艾姆斯研究中心科学家使用数值模拟进行了调查分析,结果显示一颗地球质量大小的行星可环绕双星中一颗恒星10亿年时间。
美国宇航局研究人员比利-夸尔斯(Billy Quarles)和杰克-利斯奥尔(Jack Lissauer)模拟实验演示了潜在宜居行星的可能性特征,并解释了行星轨道大小。
夸尔斯指出,当行星轨道长半轴长度不足两个天文单位,一颗类似地球的行星可能轨道存在10亿年时间,并且相对比双星轨道平面倾斜角为40度。如果行星轨道长半轴超过这一距离,行星受到邻近第二颗恒星的影响,将变得不稳定。但是如果行星轨道长半轴更长,逆行轨道将变得更加稳定,意味着行星轨道与恒星中心质量方向相反。另一种可能是,行星形成于双星系统轨道平面,并沿着椭圆轨道运行。
比邻星是距离地球最近的恒星,仅相距4.3光年。2016年4月份,一项叫做“突破摄星”的太空计划发送纳米飞行器至半人马座阿尔法星,纳米飞行器进入太空张开光帆,地面发射激光束打在光帆上,从而为纳米飞行器提供动力。
“突破摄星”计划是由宇宙学家史蒂芬-霍金和俄罗斯亿万富翁尤里-米尔纳提供的,预计20年之内发射纳米飞行器抵达半人马阿尔法星。
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