科学家发明宇宙超高速恒星:可达三分之一光速

纳米比亚天空划过的恒星。纳米比亚天空划过的恒星。
外星人会搭流星的便车来地球吗?会搭流星的便车来地球吗?

  新浪讯 北京时间9月10日消息,据国外媒体报道,由于的广袤无穷,星星们看起来就像天体的固定装置一样,在夜空中纹丝不动。事实上,恒星一直在宇宙中疾速挪动,有的挪动速率可达每秒数千乃至数万公里。天文学家发明,在银河系中存在着无数此类的超高速恒星,它们大多是从黑洞中心被抛射出来,然后逃离银河系。假如有两个超大品质黑洞相互作用,乃至可能会抛射出超等超高速恒星,速率乃至可达三分之一光速。迄今为止,科学家共发明约二十多颗超高速恒星,他们乃至猜想,这些恒星可能会充当外星性命的星际运输车。

  这种超高速恒星的速率大概是世界上最疾速火车运转速率的十万倍,是人类历史上最高速宇宙飞船飞行速率的一千倍,也就是说,在你穿上袜子的瞬间,这些恒星曾经环绕地球转了好几圈。总之,速率快得惊人。一些天体物理学家指出,按道理这些恒星能够挪动得更快一些——乃至接近光速。由于这些超高速恒星可能拥有自己的行星,从而令科学家猜想,恒星可能充当着外星性命的星系际运输机的角色。然而,你不用设想能够发明可逃逸出银河系的恒星。每秒一千公里左右的速率曾经十分快了,足够令一颗恒星冲入广袤寂寞的中。大概在10年前,科学家才发明这些被称为超高速的恒星,迄今为止共发明大概二十多颗超高速恒星,正在逃离银河系。科学家还在努力寻找更多如许的恒星。

  尽管被冠以超高速恒星之名,然而这些恒星并非是现在已知挪动速率最快的恒星。挪动速率最快的头衔当属于银河系中心超大品质黑洞周围高速扭转的恒星,此中一颗的速率高达每秒12000公里。由于这些巨型黑洞的重量是太阳的四百万倍,因而其邻近的恒星即使挪动速率如斯之高,也无法逃离黑洞的引力。然而,这些恒星在将超高速恒星踢出银河系的进程中,发挥了不可或缺的作用。1988年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室天体物理学家杰克-希尔描述了一次假想性相遇,即一个超大品质黑洞与一个双星体系相遇。在双星体系中,两颗恒星会互相环绕扭转。希尔意识到,假如双星靠得太近,与黑洞的重力之舞将会把此中一颗恒星以每秒数千公里的速率抛出。于是,他将这些被放逐的恒星称之为超高速恒星。与此同时,黑洞会将另一颗恒星拉入一个紧凑的轨道。

在宇宙中挪动的恒星。在宇宙中挪动的恒星。
蛇夫座ζ星,一颗穿越太空的超高速恒星。蛇夫座ζ星,一颗穿越的超高速恒星。

  然而,多年来,一直无人关注这个理念,毕竟没有谁观察到有恒星逃离银河系。在2005年,美国哈佛-史密森天体物理中心科学家沃伦-布朗,在银河系中搜寻过一种明亮的蓝色恒星,并经由追踪它们的挪动以及银河系对其的重力影响,试图丈量出银河系的品质。然而最后的结果是,他发明恒星的挪动速率的确十分快,恒星逃离银河系的速率高达每秒853公里。布朗表现:“这个速率超越我之前观察到的任何星体。”一次偶然的机会,他看到了希尔的研讨论文,这篇论文看似很好地说明了他的发明。布朗宣称:“假如银河系的正中心有一个超大品质的黑洞,这个黑洞就会不时地将恒星弹射出银河系。”依照这种机制,在中心黑洞周围,将有许多恒星在紧凑的轨道上绕行,这一现象刚好是科学家所观察到的。

  受这一发明支持,布朗及其他科学家开始搜寻更疾速的恒星。如今,他们曾经发明二十多颗如许的恒星——这一数目刚好相称于银河系黑洞抛射恒星的频率。布朗表现:“这类恒星的数目还在增加。很有可能,即使这些恒星现在间隔银河系足有成百上千光年,然而这些恒星的确曾经是在银河系的中心孕育而成的。”然而,布朗还有更多的发明。他探测到一些恒星体积巨大,呈蓝色,十分明亮——比太阳亮一百倍——之所以能发明它们,不外是由于它们在银河系数不清的恒星中特别耀眼突出。布朗表现,据预测在银河系邻近可能存在约一千颗超疾速恒星,这些恒星很可能体积更小,亮度更弱,以至于难以发明。

  为了确切晓得一颗恒星是否会逃离银河系,科学家须要断定其速率。随着一颗恒星逐渐远离,其光芒变得越来越红,拉出更长的波长。因而,经由丈量一颗恒星的光谱——光被分散为其组成光波长——看有多少被转换成更红的色彩,科学家能够断定恒星的速率。然而,这种丈量手段仅表现出恒星在视线范围内的挪动速率,要计算出其真实速率,须要晓得其运转轨道——要丈量恒星划过天空的速率,须要极其精密的丈量工具,这远远超出了现在的能力。恒星运转轨道的断定还将表现其是否真的来自银河系的中心。所幸的是,欧洲航天局的“盖亚”号宇航飞船能做到这一点。“盖亚”号宇宙飞船于2013年发射升空,正对银河系中约十亿的恒星停止速率和位置的丈量。一旦丈量任务结束,科学家预计“盖亚”号将识别出更多的超高速恒星,这将有助于他们更好地了解银河系。

  这些超高速恒星孕育诞生于银河系中心,之后被抛射出去,它们的速率与特性将有助于我们探索了解中心黑洞邻近繁忙热闹与拥挤不堪的环境。这些恒星还将有助于科学家对银河系中的所有物资停止绘图。布朗说明说:“任何偏离轨道的现象,都表现出其下存在某种物资的拉力作用。”银河系中的大多数物资都是由神秘莫测、不易看见的物资组成,它们被称之为暗物资。要弄明白这些暗物资是什么,科学家须要晓得,在银河中存在多少如许的物资,它们是如何分布的。

黑洞会吸引恒星。黑洞会吸引恒星。
两颗恒星绕着共同的重心扭转,像滑冰者一样疾速滚动。两颗恒星绕着共同的重心扭转,像滑冰者一样疾速滚动。

  一颗诡异的超高速恒星

  尽管大多数超高速恒星看似都源自银河系中心,但并不是所有的超高速恒星都是如斯。事实上,已知最快的超高速恒星US708,向外挪动速率为每秒1200公里(每小时四百多万公里),其起源就截然不同。在布朗看来,这颗恒星十分诡异。一个科学家小组于2005年发明了US708,当时丈量其速率为每秒750公里。直至今年,欧洲南方天文台天文学家史蒂芬-盖尔带领研讨团队发明,超高速恒星US708的挪动速率远远高于2005年丈量的这一数据。

  经由对比来自“泛星计划”巡天的观察数据与追溯自20世纪50年代的档案图像,科学家完成了一项现在“盖亚”号宇宙飞船正对其它恒星停止的观察任务:断定恒星US708在天空的运转活动,披露了其速率与轨道。显然,US708不是源自银河中心,因而排除了其黑洞起源。

  科学家猜想,US708是在一次巨型爆炸中被抛射出来的,第一线索就是US708属于一种被称为热亚矮星的罕见恒星类型。然而在过去,它曾是一颗一般的恒星。根据假设,它是带有一颗白矮星的双星体系的一局部。白矮星是一种低光度、高密度、高温度的演化到末期的恒星残余物。US708与白矮星处于一个紧凑的轨道,在正常的衰老进程中,US708扩张成为一颗红巨星,并吞噬了这颗白矮星。与此同时,这颗白矮星继续绕轨道运转。伴随着这种运动,US708的外层被刨去,仅剩下炙热的、燃烧氦的内核,于是US708变成了一颗亚矮星。接下去,这两个星体绕对方扭转轴上升,在发射重力波的进程中失去能量——重力波是宇宙时空结构中的涟波。最后,两个星体更加靠近,亚矮星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,导致内核爆炸以及白矮星毁灭。盖尔说明说:“氦的核聚变比太阳中氢的核聚变更为剧烈,它的产生进程不是缓慢的,而是电光石火般的一瞬间。”

  在爆炸之前,两颗恒星绕着对方轨道十分高速地扭转——据计算约为每10分钟一次。因而,当白矮星一爆炸,就再没有任何物资能够紧紧抓住US708,于是这颗亚矮星就被迅速抛射出去。这个进程很像两个手拉手扭转的滑冰者,一旦一方放手,另一方就飞速扭转出去。US708是现在观察到的冲出银河系速率最快的一颗恒星,不外这个速率曾经到达峰值,由于它曾如斯靠近其伙伴扭转,这个速率曾经是其力所能及的最高速率了。那么就来了:假如不是经由恒星爆炸,如何能加速恒星的挪动速率呢?

一颗恒星会冲入更深的太空中。一颗恒星会冲入更深的中。
被抛出宇宙的一颗恒星。被抛出宇宙的一颗恒星。

  超等超高速恒星

  哈佛-史密森天体物理中心天体物理学家艾维-李欧伯和詹姆斯-古拉什认为,答案的关键可能在于超大品质的黑洞。然而,与其它超高速恒星不同的是,须要两个黑洞而不止是一个黑洞来停止说明。假如存在两个超大品质的黑洞——品质是太阳的数百万乃至数十亿倍——以及一颗恒星,它们的相互作用力就能将一颗恒星踢出,速率为已知任何超高速恒星速率的十倍。

  这些高速交会能够相称频繁地产生于宇宙中。几乎每个星系,如银河系的中心都有一个超大品质的黑洞,并且星系与星系之间相互吸引,经常产生碰撞。一旦星系与星系产生碰撞,两个中心黑洞就会朝对方中心运动,最后融合。撞进来的恒星要么跌入黑洞,要么留在星系中被抛到一旁,要么被完全抛射出去。

  在这些被抛射出的恒星中,绝大多数的速率与一般超高速恒星速率相称,仅有百分之一的速率会超越每秒一万公里,达到每秒十万公里,或者是光速的三分之一。古拉什表现:“最值得我们关注的是,超越每秒一万公里的速率,由于的确没有别的途径能够令恒星加速到如斯高的速率。”

  然而,在我们能够观察到的宇宙中,存在着数万亿如许超等超高速恒星,挪动速率会猛增到光速的百分之十,此中仅有几千颗可抵达银河系的邻近区域。这个数目听上去挺多,但事实上,它们仅占银河系中所有恒星的数亿分之一,因而很难发明。不外,古拉什称,还是有可能探测发明这些恒星。下一代天文千里镜,如詹姆斯-韦伯千里镜或者位于智利的大型综合巡天千里镜,就能够局部探测到这些恒星。由于一般超高速恒星的挪动速率太慢,挪动间隔不远,因而这些超等超高速恒星能够覆盖大面积地面。古拉什称:“这些独特的恒星基本上是从宇宙的一端穿越到了另一端。”

银河系中心的一个黑洞。银河系中心的一个黑洞。
印度的夜空。印度的夜空。

  研讨这些超等超高速恒星,有利于太空探索。经由关联恒星的年龄与其挪动速率,科学家能够估算出恒星在宇宙中穿行的间隔,从而为丈量宇宙空间间隔提供了一种新思路。这些超等超高速恒星还犹如一盏指路明灯,预示了两个超大品质黑洞的融合。欧洲航天局电子情报卫星预定于2028年发射,届时将可探测这些黑洞剧烈碰撞所产生的重力波。

  科学家确信,这些恒星的一小局部将变得速率更快。假如一个超大品质黑洞迅速扭转,一颗恒星随之绕同一方向沿轨道滚动,随之而来的第二个黑洞将以近光速的速率将这颗恒星抛射出去。亚光速恒星将成为最终的航天员,疾速穿过广袤的星际空间。一颗行星能够绕这些恒星轨道运转,假如轨道足够紧凑——相比较地球与太阳之间的间隔——这颗行星就能在星系的驱逐中存活下来。古拉什表现,由于黑洞邻近的恶劣环境,性命很难进化下去。即便有这种可能,这些恒星将成为外星性命穿越星系之间的一个工具。不须要任何昂贵的宇宙飞船。当然,这个场景看上去更像是科幻小说。不外,当你以后抬头仰望夜空,注视这些闪亮的星星时,能够想像一下有关外星性命穿越的场景。(彬彬)

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