科維理天文與天體物理研究所團隊在Nature主刊發表論文挑戰傳統...
2020-12-07 北京大學新聞網星團是包含成千上萬顆恆星的恆星系統，人們相信它們的演化規律已經被研究得非常透徹了。然而，對哈勃太空望遠鏡觀測數據的最新研究可能打擊了科學家的這一自信。
直到數十年以前，大質量星團都被認為是「單星族」的：所有的恆星都大約同時從同一片分子雲裡坍塌形成，因此要理解這些恆星系統的集體演化並不困難。然而，在那以後，這一認識被極大地改變了。大質量星團，尤其是它們當中特別年老的球狀星團，被認為不再是由單一星族構成的，而是由年齡範圍分布廣泛的不同星族構成。
北京大學科維理天文與天體物理研究所和中國科學院國家天文臺的天文學家，利用哈勃太空望遠鏡對銀河系周邊大麥哲倫雲星系中的NGC1651星團進行了觀測研究，並在Nature主刊發表研究結果表明：中等年齡的大質量星團可能依舊是由單星族構成的。
眾所周知，恆星一生的大部分時間都在核心產生氫核聚變（氫原子聚合成氦原子）反應，以維持自身發光發熱，這樣的恆星被稱為主序星，它們分布在赫羅圖（恆星有效溫度和亮度分布的二維圖）的主序帶上。當恆星核心的氫原子燃燒完時，核心周圍殼層的氫元素就開始燃燒，此時恆星就進入「轉折區域」，演化到「亞巨星」帶上，單星族恆星分布的亞巨星帶十分狹窄。近十幾年來科學家對年齡在10億到30億年的大質量星團（質量在50000個太陽質量以上）的觀測發現，它們中的恆星在赫羅圖上呈現出一個展寬的轉折區域，這一現象長期被解釋為恆星的年齡存在3億年左右的彌散（即它們不是同時形成的）。
論文第一作者和通訊作者、北京大學的博士研究生李程遠認為：「這一解釋十分讓人困惑，因為年輕的星團會在最初的數千萬年時間內迅速消耗掉可供恆星形成的所有氣體。」
科研團隊通過對NGC1651星團的觀測研究發現，儘管和其它星團一樣，它的主序轉折區域看起來似乎存在很大的年齡彌散（約4.5億年），它的亞巨星支卻十分狹窄，這標誌著它根本沒有任何年齡彌散：如果星團是由年齡連續分布的星族組成，這些恆星應該同時分布在一個展寬的亞巨星支上，令人驚訝的是，分析這些亞巨星分支的寬度表明，它們的年齡彌散最多不會超過8000萬年。
星團內恆星在亮度－有效溫度圖（赫羅圖）上的分布及與星族模型的比較
「NGC1651星團可能是迄今為止所有星團中存在單星族的最好樣本」，論文合作者、科維理研究所的理察•德•何銳思教授說，「我們已經發現還有許多星團也存在類似的特徵。」
研究團隊認為，這一令人驚訝的恆星分布最有可能的解釋是恆星在圍繞自身主軸以不同的速率自轉。論文合作者，國家天文臺首席科學家鄧李才教授評論說：「這一發現將終結近十年來科學家們關於這一話題的爭論，正如同文章的同行審稿人評價的那樣，這一結果『可靠且令人鼓舞』。」
該研究工作以快報（Letter）形式發表在2014年12月18日出版的《自然》雜誌上。
編輯：未天
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