烧脑!超高速星正飞离银河系,它想干什么?

2017-03-06 16:00:00 作者:佚名 分类 : 探索发现

  布朗说道,“我们在大麦哲伦星云附近发现了一颗非B型星HE 0437-5439,它可能来自大麦哲伦星云,也可能来自银河系。它正离我们远去,我们不知道它会飞向何方。”假如这颗星来自大麦哲伦云,它可能会为之前未被观测到的中间质量黑洞制造超高速星提供证据。

  大麦哲伦星云,银河系最大的卫星星系,可能是超高速星HE 0437-5439诞生的地方。它可能是被一个未观测到的中间质量黑洞从一个年轻的星团中抛射了出来。大麦哲伦星云,银河系最大的卫星星系,可能是超高速星HE 0437-5439诞生的地方。它可能是被一个未观测到的中间质量黑洞从一个年轻的星团中抛射了出来。

  虽然资料显示很不明确,布朗依然主张这颗星是联星中的一颗被银河系黑洞加速形成的。他设想了一个三体情况:一对紧密的联星,另一颗相对遥远。当他们靠近人马座A*并为此付出了代价:超大质量黑洞的惊人引力破坏了三体系统,捕获较远的一颗,投射出其他两颗,这两颗依旧保持联星状态。

  超高速星HE 0437-5439的起源扑朔迷离。一些科学家认为,它起源于包含一对双星和一颗较远的星的三体系统。超高速星HE 0437-5439的起源扑朔迷离。一些科学家认为,它起源于包含一对双星和一颗较远的星的三体系统。

  当三体系统靠近银心,黑洞捕获较远的那颗,把双星抛射出,形成超高速星。当三体系统靠近银心,黑洞捕获较远的那颗,把双星抛射出,形成超高速星。

   直到双星中的一颗变成红巨星之前,他们保持着双星状态。直到双星中的一颗变成红巨星之前,他们保持着双星状态。

   最终合并成一个蓝离散星。最终合并成一个蓝离散星。

  当这对联星冲出银河系中央,其中质量较大的一颗最终形成红巨星。随着红巨星的膨胀,两颗星盘旋接近,合并成一个更大的蓝离散星。这很好地解释了HE 0437-5439从B型主序星从银河系中心出发经200,000光年跋涉到达现在的位置。此外,特殊的恒星会在很久前就离开主序带。

  由于距离遥远,超高速星不容易在照片中看到, 他们的光太暗淡了。哈勃空间望远镜拍下这张HE 0437-5439(图片中央),位于大麦哲伦星云的剑鱼座。由于距离遥远,超高速星不容易在照片中看到, 他们的光太暗淡了。哈勃空间望远镜拍下这张HE 0437-5439(图片中央),位于大麦哲伦星云的剑鱼座。

  布朗说,只有人马座A*可以解释速度最快的B型主序星的形成,其他的过程会产生不同速度的不同种类的恒星。

  奇怪的星星

  希伯主要研究一些特殊的情况。他推断,形成超高速星的方法不止黑洞一种,还可能有两种情况:银河系潮汐力扰动的卫星星系,以及星团的发射。

  希伯优先研究质量相对较小的恒星,它们会形成膨胀的红巨星,内部反应消耗氦而不是氢。希伯说,“我们发现,大部分待确认的超高速星并非从星系中心发射出,我们急切地等待盖亚的数据,让我们更精确地确定他们的起源,可能是一个星系,一个星团,或者一个旋臂。

  凯尼恩说,目前天文学家有两个模型解释超高速星的起源:黑洞模型和超新星爆发模型。在后者的情形中,双星在轨道上紧密旋转,但当质量稍高的恒星步入暮年,核心燃尽坍缩,形成超新星时,就会释放出它的双星伙伴。爆炸后的超新星既不会塌缩成中子星,也不会变成黑洞,另一颗主序星则会踏上自己独立的旅程。这种事情随处可见,无论是在年轻恒星的聚集地,还是年轻星云的内部。

  举个例子,在2012年,科学家记录到中子星RX J0822-4300的速度为2,400,000km/h。曾经的一场爆炸形成了现在的船底座,它是一个离地球七千光年的超新星遗迹,爆发地点在现今船底座的南部。这场超新星爆炸向宇宙中发射星际残骸,科学家猜测这场爆炸并不对称,因为别的超新星残骸都是朝两侧反方向前进,而它形成的中子星却都朝着同一个方向前进。

  几千年前,船尾座的一颗超新星爆发。不均匀的爆发将遗迹向同一方向发射,包括中子星TX J0822-430。这颗中子星以2,400,000 km/h的速度运动,此插图显示了超新星遗迹在1995年到2999年之间的移动。几千年前,船尾座的一颗超新星爆发。不均匀的爆发将遗迹向同一方向发射,包括中子星TX J0822-430。这颗中子星以2,400,000 km/h的速度运动,此插图显示了超新星遗迹在1995年到2999年之间的移动。

  糟糕的是,科学家估计,他们必须通过观测到一万颗正常坍缩的超新星来找到一个超高速星,并且他们不认为这种爆炸创造出了所有的超高速星。

  我们所知道的最快的超高速星US 708以4,300,000 km/h的速度运动。这个富含氦元素的恒星的光谱属于O型,同时也是银晕中最炽热的一颗星。通过轨道判断,它不太可能起源于银心。

  天文学家认为,它曾是的双星系统的一部分,另一颗是大质量的白矮星,这颗白矮星质量接近于双星系统负载的极限。US 708扩张成一颗红巨星,伴随着这种运动,US 708的外层被刨去,仅剩下炙热的、燃烧氦的内核并开始向白矮星抛洒氦。越来越多的氦聚积在一起,点燃核聚变,导致了罕见的Ia型超新星爆发以及白矮星毁灭,并把US 708送入宇宙。

  狮子座的骄傲

  你可能会觉得超高速星时朝着四面八方任意散布的,但事实不是这样。布朗说道,围绕现在的观测数据,最大的谜题之一就是,有一半数量的B型超高速星成群结队地朝着狮子座的方向运动。希伯认为,这可能意味着黑洞抛射出超高速星时会倾向于某一个方向。这种情况可能会发生在被抛出的星星来自于黑洞周围的星系盘。

  不过也可能是缺少数据造成了成群结队的假象。凯尼恩说,“我们没有对全天做一个完整的测量,所以我们的统计数据时不准确的。”对南天的巡天数据会让问题变得明晰。天文学家会对比南北天的不对称情况,观察狮子座对面的宝瓶座是否会有同样多的超高速星。

  澳大利亚的1.35米星图望远镜(SkyMapper robotic telescope),欧南台在智利的2.6米VLT巡天望远镜(VLT Survey Telescope)和8.4米大型综合巡天望远镜(Large Synoptic Survey Telescope, LSST)将会完成对超高速星在南天的搜寻。

  一旦巡天完成,科学家可以利用超高速星研究银河系不为人知的秘密。“超高速星在理论上轨迹应该是直线,但是银河系被椭球形的暗物质包围,暗物质的引力导致现在的轨迹偏离了初始的直线,轨迹偏离程度和方向取决于暗物质的形状和朝向。

  如果科学家能找到两百颗左右分布在全天的超高速星,再精确测量它们轨道,我们就可以知道,他们从银河系中部到边缘的这一段路程,是怎样的一个减速过程,并以此来确定暗物质晕究竟是球型,还是趋于分布在银极。

  凯尼恩说,理论上,如果超高速星是在全天不均匀分布,那么通过它们的不对称程度,我们就可以推测出银河系中心及其内部膨胀的分布规律。

  步入未来

  现在的观测技术只能发现亮度和质量都很大的超高速星。科学家通过亮度和颜色找出候选恒星,然后观测它们是否正高速运动。为了将研究扩展进行到更小更暗弱的太阳型星,科学家需要LSST来观测恒星颜色,以此筛选备选星,再用新一代大口径望远镜获得它们的光谱。最终盖亚任务会提供精确数据来确定它们的起源,是银河系的中心,恒星流,还是其它的地方?

  这些太阳型星从主序带进入红巨星阶段时就能够被观测到了,这一时期的恒星亮度使得他足以在银晕甚至更远的地方被发现。未来,全天红外探测在空间探测中占主导地位,比如NASA的广域红外线巡天探测卫星(Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE)和欧南台的欧几里得卫星(Euclid),将有能力观测进入暮年的超高速星。

  千亿年后,在银河系外的太空中,超高速星可能是我们能观测到的唯一的星体。随着宇宙的演化,本星系群会合并成一个超大星系。考虑到被暗物质不断加速的宇宙膨胀,本星系群外的所有星系都会从我们的视野消失。

  正如布朗所写的那样,“可观测宇宙中唯一的外星系光源来自于超高速星,因此它们可以作为测量哈勃宇宙膨胀率的基本工具。”我们本来广阔的宇宙视野里将只有少数超高速星的身影,这些恒星使用重力作为纽带,与他们的起源建立畅通无阻的时空关系。

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