恆星風研究重塑星系演化模型

2020-10-03 今日科學

恆星風也有美麗形狀。圖片來源：L. Decin, ESO/ALMA

像環、像啞鈴、像貓眼，甚至像愛斯基摩人……行星狀星雲有著千奇百怪的形狀。

通常，恆星也會「刮」風，這些恆星風及高能輻射可以形成「泡泡雲」，而當質量較小的恆星進入晚年後，它們會緩慢釋放外層氣體至恆星風，最終形成行星狀星雲。但一直以來，人們普遍認為，恆星風是球形的。

天文學家對圍繞老化恆星的恆星風進行了觀察，發現恆星風並不是球形的，而是類似於行星狀星雲。他們得出結論，與伴生恆星或系外行星的相互作用，形成了「千姿百態」的恆星風和行星狀星雲。研究結果近日發表在《科學》上。

「我們注意到這些風不是對稱的，也不是球形的，其中一些與行星狀星雲非常相似。」論文通訊作者、比利時魯汶大學天文學家Leen Decin說，「我們的發現會導致很大變化。由於沒有考慮到恆星風的複雜性，以往對老恆星質量損失率的估計可能出現10倍的誤差。」

相伴而行

行星狀星雲實質上是一些垂死的恆星拋出的塵埃和氣體殼。瀕死的恆星膨脹並冷卻，最終成為紅巨星，而它們產生的恆星風（排出的粒子流）使其失去質量。由於缺乏詳細的觀測，天文學家一直假設這些風是球形的，就像它們環繞的恆星一樣。隨著恆星進一步演化，它再次升溫，恆星輻射導致不斷膨脹的拋射物質層發光，從而形成行星狀星雲。

1777年，英國天文學家Friedrich Wilhelm Herschel發現了行星狀星雲。觀察顯示，行星狀星雲有纖維、斑點、氣流和小弧等複雜結構。這些星雲似乎都有一定的對稱性，但幾乎從來不是圓的。

《中國科學報》從魯汶大學獲悉，Decin團隊識別出了恆星風的不同形狀。「一些恆星風是盤狀的，另一些是螺旋狀的，在第三組中，我們確定了錐形體。這清楚地表明，這些形狀不是隨機出現的。」該團隊意識到，其他低質量恆星甚至是垂死恆星的重行星造就了不同的模式。但這些伴星太小太暗，無法直接探測到。

「就像往一杯咖啡裡倒入牛奶，然後用勺子攪拌，可以做出一個螺旋狀圖案，這顆伴星在圍繞恆星旋轉的過程中吸收了物質，形成了恆星風。」Decin解釋說。

研究小組將這一理論應用到模型中，結果確實如此，恆星風的形狀可以由環繞它們的伴星來解釋，而由於恆星風的作用，演化恆星失去質量的速率是一個重要參數。Decin告訴《中國科學報》：「我們所有的觀測結果都可以用恆星有伴星來解釋。」

到目前為止，關於恆星演化的計算都是基於這樣的假設：衰老恆星擁有球狀的恆星風。因此，之前對老恆星質量損失率的估計可能存在錯誤。該團隊正在做進一步研究，看看這將如何影響對恆星和星系演化其他關鍵特徵的計算。

70億年後

這項研究還有助於人們想像太陽在70億年後死亡時的樣子。太陽最終會變成一顆像撞球一樣圓的紅巨星，那它會產生什麼形狀的恆星風呢？

研究人員認為，木星甚至土星——因為它們的質量是如此之大——將會影響太陽在其生命最後幾千年裡是在螺旋狀、蝴蝶狀還是其他迷人形狀的中心裡度過。他們的計算表明，一個微弱的螺旋將會在垂死太陽的恆星風中形成。

這項研究是 ATOMIUM計劃的一部分，後者旨在了解更多關於老恆星的物理和化學知識。「老化的恆星被認為是無趣、古老和簡單的，但我們現在證明不是這樣：它們講述了之後的故事。我們花了一些時間才意識到，恆星風可以有玫瑰花瓣的形狀。正如《小王子》中所說，『正是你花費在玫瑰上的時間才使得你的玫瑰花珍貴無比』。」Decin說。

「當得到和分析第一批圖像時，我們非常興奮。」該研究合作者Miguel Montarges說，「每一顆星星，以前只是一個數字，現在變成了一個個體。對我們來說，它們有了自己的身份。這就是高精度觀測的魔力：恆星不再只是點。」

技術的魔力

這裡，Decin團隊利用世界上最大的射電望遠鏡——智利的 ALMA望遠鏡，觀測了冷卻紅巨星周圍的恆星風。藉助該設備，科學家有史以來第一次收集了如此大量的詳細觀察數據，每一次都是用完全相同的方法進行觀測的。研究人員表示，這對於直接比較數據並排除偏見至關重要。

這就是Montarges所說的高精度觀測技術的力量。

美國宇航局戈達德太空飛行中心宇宙學家Peter Kurczynski在一篇論文中寫道，自從現代天文學誕生以來，更好的觀測技術使人們能夠更好地了解宇宙。例如，Tycho Brahe在1609年前後對行星進行了肉眼觀察，精確到大約0.1度。Johannes Kepler的計算證實了地球繞太陽旋轉，行星軌道是橢圓的。在現代，美國國家科學基金會（NSF）雷射幹涉引力波天文臺能測量到直徑小於原子的目標的運動。這種非凡的精確度使引力波得以發現，並誕生了引力波天文學的一個新領域。

9月21日發表在《天文望遠鏡、儀器和系統期刊》上的這項研究也指出，政府對新技術的資助對天文學至關重要。這項研究追蹤了NSF早期種子基金的長期影響。在過去的30年裡，天文學的許多關鍵進展都直接或間接得益於這種早期種子基金。

論文作者、戈達德太空飛行中心宇宙學家Peter Kurczynski說，技術和儀器研究的影響是長期的，它「使觀測宇宙的新方法成為可能，這在以前是不可能的」。研究人員還發現，由技術和儀器產生的論文被引用的頻率與那些由純科學研究產生的論文相同。印第安納大學助理教授Stasa Milojevic告訴記者，「儀表科學家」寫的論文的影響力與不依靠設備的同事相同。

同樣值得注意的是，NSF資助研究發布的論文，比一般天文學文獻更經常被引用。這被認為是NSF在擇優審查過程中確立的黃金標準，以選擇有前景的研究進行資助。

評審專家認為，這篇文章是任何想要了解天文技術突破歷史的人的首選。更好的觀測總是能提高人們對宇宙的理解。從中世紀現代天文學誕生到今天，天文學家依靠不斷湧現的新技術來揭示夜空的細微細節。（來源：中國科學報 唐鳳）

相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1126/science.abb1229

http://dx.doi.org/10.1117/1.JATIS.6.3.030901

版權聲明：本文轉載僅僅是出於傳播信息的需要，並不意味著代表本網站觀點或證實其內容的真實性；如其他媒體、網站或個人從本網站轉載使用，須保留本網站註明的「來源」，並自負版權等法律責任；作者如果不希望被轉載或者聯繫轉載稿費等事宜，請與我們接洽。

相關焦點

  • 新研究發現與二元星系伴星的相互作用可塑造從老邁恆星吹來的恆星風
    新研究發現與二元星系伴星的相互作用可塑造從老邁恆星吹來的恆星風（：一項新的研究發現，與二元星系伴星的相互作用可塑造從老邁恆星吹來的恆星風，它們會產生炫目的複雜形狀陣列，後者可出現在其產生的行星狀星雲之中。
  • 遠古星系內，恆星或經歷了「生死時速」
    因此，對於這些宇宙早期星系的研究，可幫助我們更好地了解銀河系的形成與演化。10月27日，據國外媒體報導，一個國際研究小組利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)研究了118個遙遠的星系，發現其中大約20%的星系中恆星發出的紫外線被塵埃所遮蔽，這就意味著，這些星系中包含著大量的塵埃和重元素，這一發現遠遠超出了此前的預期。為何會有此現象？
  • 遠古星系內,恆星或經歷了「生死時速」
    遠古星系內，恆星或經歷了「生死時速」　　天聞頻道　　大多數星系都形成於宇宙早期，我們的銀河系也不例外。科學家推測，銀河系可能是在宇宙早期由幾個矮星系碰撞形成的，這些矮星系形成於130億年前。因此，對於這些宇宙早期星系的研究，可幫助我們更好地了解銀河系的形成與演化。
  • 遠古星系內恆星或經歷了「生死時速」 質量越大壽命越短
    10月27日，據國外媒體報導，一個國際研究小組利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)研究了118個遙遠的星系，發現其中大約20%的星系中恆星發出的紫外線被塵埃所遮蔽，這就意味著，這些星系中包含著大量的塵埃和重元素，這一發現遠遠超出了此前的預期。為何會有此現象?這些星系中的塵埃和重元素來自哪?此次發現是否意味著傳統理論需要改寫?
  • 恆星也會颳風！當70億年後，太陽進入晚年，它也會變成這般模樣
    據報導，在近日發表在《科學》雜誌上的一篇文章中，來自比利時魯汶大學的天文學家團隊，在通過對恆星風的研究後，得出了恆星風的產生與恆星伴星、系外行星等有關的這一結論，同時表示，恆星風並不是球星的，它們有著千奇百怪的模樣，甚至有的看起來好像是貓眼，還有著類似於愛斯基摩人的模樣。
  • 宇宙早期星系中,恆星或經歷了在短期內快速生成及死亡的「生死時速」
    10月27日，據國外媒體報導，一個國際研究小組利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)研究了118個遙遠的星系，發現其中大約20%的星系中恆星發出的紫外線被塵埃所遮蔽，這就意味著，這些星系中包含著大量的塵埃和重元素，這一發現遠遠超出了此前的預期。為何會有此現象?這些星系中的塵埃和重元素來自哪?此次發現是否意味著傳統理論需要改寫?
  • 恆星汙染,星系回收
    天文學家稱之為環星系介質，簡稱CGM。CGM就像一個巨大的回收工廠，吸收星系噴出的物質，之後再將它們送回去。 美國國家航空航天局的遠紫外羅蘭圓成像和光譜望遠鏡(FORTIS)將研究這種循環過程，以幫助解決幾個未解之謎。FORTIS將乘坐在新墨西哥州的白沙飛彈場發射的探空火箭進入太空，然後觀察附近的一個星系，測量其恆星和超新星泵入周圍的CGM的氣體。
  • 黑洞噴流會影響星系中的恆星形成
    這樣的一束粒子流被稱為噴流，噴流會穿過整個星系，跨度大約3000光年。噴流會穿過一個氣體盤，在某個位置會驅使強風的形成，並與星際雲發生碰撞。歐洲南方天文臺甚大望遠鏡觀測數據顯示，這種強風會持續超過50萬年。IC5063星系的噴流，左邊星系中的電離原子氣體，藍色為射電輻射，右邊顯示了噴流引起的快風，紫色區域顯示了 > 10%的發射線來自強風中的氣體。
  • 哈勃望遠鏡發現遙遠的螺旋星系中散布著大量「嬰兒」恆星
    它的最新目標之一是一個被稱為NGC 2906的大型螺旋星系，距離地球大約1.45億光年，但即使在這個不可思議的距離上，哈勃也能看到該星系的一些耀眼細節。每一種顏色都代表著某種東西，天文學家只需從遠處看到它所顯示的顏色，就能很好地了解一個星系是由什麼組成的。星系的誕生、生存和死亡，就像填充它們的恆星一樣，令人難以置信的老星系充滿了橙色和紅色的色調，暗示著大量的老舊、冷酷的恆星。相比之下，像NGC 2906這樣顏色鮮豔的星系仍有足夠的生命力。
  • 代代相傳的恆星「遺物」 質量越大的恆星壽命越短
    因此，對於這些宇宙早期星系的研究，可幫助我們更好地了解銀河系的形成與演化。10月27日，據國外媒體報導，一個國際研究小組利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)研究了118個遙遠的星系，發現其中大約20%的星系中恆星發出的紫外線被塵埃所遮蔽，這就意味著，這些星系中包含著大量的塵埃和重元素，這一發現遠遠超出了此前的預期。為何會有此現象?
  • 太陽系以外的世界——恆星,星系,黑洞等等
    在太陽系外，你需要知道的十件事 1.大增長 Edwin Hubble（如圖）關於星系的研究揭露，我們所在的星系——曾經被認為是整個宇宙——實際上只是正在膨脹的宇宙中包含的幾十億星系的其中之一。
  • 類星體可以引發海嘯,撕裂星系,扼殺恆星的形成
    儘管人們已經知道這樣的輻射衝擊波會使粒子高速運動，但是新研究發現其中一些粒子可以達到目前為止的極限速度，便又將此事推向了新的高度。此外，當粒子衝擊自己所在星系中的物質時，還會抑制新恆星的誕生。維吉尼亞理工大學的天體物理學家納胡姆·阿拉夫說：「這些外流輻射對於了解星系的形成是至關重要的。它們每年都在推動數百個太陽質量重的物質。
  • 類星體引發的海嘯足以撕裂星系、阻止恆星誕生
    儘管人們已經知道這樣的輻射衝擊波會使粒子高速運動，但是新研究發現其中一些粒子可以達到目前為止的極限速度，便又將此事推向了新的高度。 此外，當粒子衝擊自己所在星系中的物質時，還會抑制新恆星的誕生。 眾所周知，黑洞活動會產生強大的風，吹向其周圍的空間。宇宙中的冷氣體是形成恆星的物質。
  • 研究發現恆星風並不是球形的 而是類似於行星狀星雲
    通常，恆星也會「刮」風，這些恆星風及高能輻射可以形成「泡泡雲」，而當質量較小的恆星進入晚年後，它們會緩慢釋放外層氣體至恆星風，最終形成行星狀星雲。但一直以來，人們普遍認為，恆星風是球形的。天文學家對圍繞老化恆星的恆星風進行了觀察，發現恆星風並不是球形的，而是類似於行星狀星雲。他們得出結論，與伴生恆星或系外行星的相互作用，形成了「千姿百態」的恆星風和行星狀星雲。
  • 盤狀星系研究揭示了恆星的運動！
    物理學助理教授瑞安·米勒說：盤狀星系中螺旋臂的結構是一個謎，沒有人知道是什麼決定了這些螺旋的形狀，也沒有人知道為什麼它們有一定數量的旋臂，研究為這個謎團提供了一個清晰的答案。盤狀星系，包括銀河系，佔已知星系的70%，它們的特徵是螺旋形的旋臂，但天文學家不確定這些旋臂是如何形成和維持自身。
  • 星暴星系中的恆星形成率有多高,它和普通星系之間有何不同?
    當然了，雖然這樣的活動持續時間可能長達一千萬年、甚至更久，但對於星系的整個生命周期而言，這個時間長度可能不過是其中的一個月。在新形成的恆星群體中，由於經常存在一些巨大而明亮的個體，所以，星暴星系往往也是最明亮的星系之一。那麼，星暴星系中的恆星形成率到底有多高，它和普通星系之間又有何不同？
  • 盤狀星系研究揭示了恆星的運動!
    物理學助理教授瑞安·米勒說：盤狀星系中螺旋臂的結構是一個謎，沒有人知道是什麼決定了這些螺旋的形狀，也沒有人知道為什麼它們有一定數量的旋臂，研究為這個謎團提供了一個清晰的答案。盤狀星系，包括銀河系，佔已知星系的70%，它們的特徵是螺旋形的旋臂，但天文學家不確定這些旋臂是如何形成和維持自身。
  • 黑洞是如何塑造一個星系的？黑洞風橫掃一切
    在一項新研究中，科學家們分析了XMM-牛頓衛星對活躍星系PG 1114+445核心黑洞長達8年的觀測，展示了超快的黑洞風（從離黑洞非常近的吸積盤釋放出的氣體）如何與星系中心的星際物質相互作用。這些噴流以前也被發現過，但新研究首次明確指出了它們與宿主星系相互作用的三個階段。
  • 類星體可以觸發橫穿星系的海嘯並扼殺恆星形成
    更重要的是，當它們轟炸星系中的物質時，它們會抑制新恆星的形成。維吉尼亞理工大學的天體物理學家納胡姆·阿拉夫說：「這些信息對於了解星系的形成至關重要。」「他們每年推動著數百個太陽質量的物質。這些流出物攜帶的機械能比整個銀河系的光度高數百倍。」
  • 螺旋星系磁場催生恆星
    M33螺旋星系磁場可形成恆星。（圖片來源：Thomas V.Davis） 一個螺旋星系的磁場是球形的，但它很可能正在那裡進行著裝配巨大氣體和塵埃雲團的工作，進而孵化出一顆顆恆星。 這是對M33——位於三角星座中的一個距離地球約280萬光年的螺旋星系——進行的一項新研究的重要結果。