人類的年齡不過百餘年,那麼恆星的年齡呢?科學家又是如何確定的

2021-01-11 天文在線

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當我們在晴朗的夜晚仰望黑暗的天空時,很容易被遙遠的星辰之美所震撼。 我們將這些點連接起來、尋找模式,甚至選擇我們喜歡的星團。 作為業餘的觀星者,我們無法確定星星的年齡。 他們有十億歲了嗎?100億?

所幸科學家已經有了許多方法來推測星星的年齡,讓我們更清楚地了解宇宙的歷史,甚至幫助我們在宇宙中尋找智能生命!

星團的秘密

估計恆星的年齡有幾個障礙,但是對於一個星團中的恆星時,估計就容易得多。 這些星團通常大約在同一時間形成,但不一定都具有相同的特徵。 因此,如果您可以確定一個星團中一系列恆星的大小和亮度,知道它們幾乎在同一時間形成,就可以更容易地確定它們的整體年齡。

圖解:星團

大多數恆星大約90%的時間處在「主序」期,期間由於內部的核反應而不斷地釋放能量和輻射。 質量最大的恆星是「藍熱的」並且非常明亮,而質量最小的恆星是「紅熱的」並且相當微弱。 一旦恆星形成,其質量(亮度和溫度)在主序期不會發生太大變化。

主序其的長度與恆星的質量直接相關,因為一旦恆星核心的內部燃料用完,就進入一個不太穩定的時期,期間會膨脹,坍塌,形成一個黑洞, 甚至超新星......

質量,亮度和年齡之間的聯繫意味著星團包含了大量信息。例如,可以尋找星團中尚在」主序期「的最熱,最藍,最大質量的恆星,並精確計算它的熱度和亮度。恆星的質量告訴我們它有多少燃料,而亮度告訴我們它燃燒燃料的速度有多快。這樣可以粗略地計算恆星的年齡,並隨後計算星團中其他恆星的年齡。當今研究人員認為他們對星齡的估計誤差為10-20%。

但是孤星呢?

雖然星團很容易被發現並且有點容易「變老」,但對於孤星來說要困難得多,因為沒有參考背景可以看出它們已經發光了多長時間。然而,它們的「旋轉」在這種情況下被證明非常有用,特別是因為克卜勒太空望遠鏡已經開始深入到太空深處尋找答案。在克卜勒望遠鏡之前,由於地球大氣層的幹擾,地球上的望遠鏡無法直接觀測年齡超過5億年的恆星。克卜勒宇宙飛船中的強大鏡頭能夠直接觀察遙遠的恆星,在那裡它們可以探測到恆星表面上的暗斑——「星斑」。

圖解:克卜勒系統中的星點

質量,旋轉速率和恆星的年齡之間存在直接聯繫,因此如果知道質量和旋轉速率,就可能確定年齡。克卜勒望遠鏡觀測到的,星斑在恆星表面重新出現的速度可以說明恆星旋轉的速度有多快。這些星斑所產生的亮度下降非常難以發現,因為它們只能使恆星的總光輸出減少約1-2%,但克卜勒望遠鏡可以觀測到。

隨著年齡的增長,旋轉速度往往會降低,但研究人員仍然不確定究具體降低多少。事實上,孤星年齡測量的挑戰與星團中的恆星差不多。如果沒有固定參考——「旋轉的時鐘」——就可能很困難,但測量已知年齡的恆星的旋轉速率(使用上一節中的技術)可以幫助建立一個基準。首先,研究人員可以測量星團中恆星的自旋,然後將該測量結果與類似大小的孤星的旋轉速率進行比較。瞧 - 我們可以用合適數量的蠟燭製作一個恆星生日蛋糕。

這有什麼用呢?

對於大多數人的人生而言,恆星的年齡無關緊要;很有可能當你仰望天空時,你看的只是到幾千顆、而非宇宙中數以萬億計的恆星。然而,對於那些目光深入宇宙的人來說,確定恆星的年齡可能是尋找其他可居住世界——甚至是外星生命的關鍵。

通過尋找與我們的太陽相似的其他恆星(相當不錯而且很亮的恆星),以及差不多年齡的其他恆星,會增加找到類地行星的機會。事實上,大多數「其他地球」都發現在與我們非常相似的恆星附近。理所當然,在我們銀河系中的數十億顆恆星中,以及有待探索的數以千計的類地行星中,有些可能已經有足夠的時間來誕生生命,智能或者其他。

通過準確地確定恆星的年齡,並把星系的搜索範圍縮小到類似於我們太陽系的星系,我們就更有可能找到用於太空旅行或殖民化的目標,甚至與其他星際旅行者接觸。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. John Staughton-sciabc

維基百科

Smithsonian

NASA

恆星的真實年齡- 哈佛史密森尼天體物理中心

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