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高速恒星它们正在逃离银河系,将如何逃离?网友:涨知识了

关键词:银河 黑洞 月球 地球 三体 菲尼克斯太阳 宇宙 太阳能 体育   发布时间:2019-07-19 07:00:01

天文学家在从银河系到星系际空间的单程旅行中发现了数十颗超高速恒星。

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如果双星系统太靠近银河系中心的超大质量黑洞,那么黑洞的引力可以捕获一颗恒星,并以100万英里/小时或更高的速度将另一颗星投入星系的光环。天文学家认为这种情况解释了银河系大部分的二十多个超高速恒星。

星星在银河系的旋转臂内外进行编织和编织,就像汽车在高峰时段交通一样。但是,夜间天空的快照使得这些灯具看起来像埃及的大金字塔一样固定。然而,估计有2000亿到4000亿颗恒星叫做我们银河系的家,其中一小部分是热的,巨大的恒星。引力相互作用使它们的速度提高到太阳的两倍甚至三倍。这些所谓的超高速恒星如此迅速地穿过银河系,它们注定要脱离银河系的引力。

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我们当太阳能不断运动,参与围绕银河系中心的绝大多数恒星共享的大部分有序流动。但少数快速发展的太阳队打破了这种整体格局。天文学家经常发现这些“失控的恒星”逃离了年轻的星团。

超高速恒星将这些速度提升到一个新的水平。在过去十年中,科学家们已经发现了几十种速度恶魔。几乎所有的B型灯具的质量都是太阳的两到五倍,表面温度高于18,000°F(10,000开尔文)。

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大多数位于银河系的外部光环中,距离银河系中心至少150,000光年,并以超过700,000英里/小时(110万公里/小时)的速度移动。这样一颗恒星可以在不到20分钟的时间内从地球拉到月球,在一百万年内可以穿过1000光年。

根据定义,所有这些都具有足够高的速度,最终逃离了我们银河系的引力离合器。新地基和太空技术的出现应该很快就会发现更多的超高速恒星,并让我们仔细研究那些已知的技术。

第一眼就看到了

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新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论家杰克希尔斯于1988年首次预测超高速恒星,但天文学家直到2005年才发现它们。哈佛 - 史密森天体物理中心(CfA)的沃伦·布朗及其同事偶然发现了SDSS J090745.0 +024507同时瞄准星系光环中的微弱蓝色恒星。这颗恒星距离银河系中心约350,000光年,其径向速度(直接远离星系中心的速度)为151万英里/小时(242万公里/小时)。它仅在1.4亿年内从银河系的核心到外星系晕。

理论家认为射手座A *(发音为“A-star”) - 银河系中心的超大质量黑洞 - 加速了大部分这些超高速恒星,但天文学家也对是否存在任何高速恒星入侵者感兴趣。这些星星可能像其他人离开一样进入银河系。其他研究人员想知道是否有一些超高速恒星可以从密集的恒星星团或超新星爆发中射出。

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重力使这些恒星加速到惊人的速度。布朗说,基本的解释是一对二星和一个黑洞之间的“三体交换”。黑洞将其中一颗恒星捕获到一个紧密的轨道中,并将另一颗恒星从银河系中拉出。

“这种引力弹弓可能以接近光速的速度射出恒星,”哈佛大学理论天体物理学家阿维勒布说。“这些恒星穿越宇宙学距离,是最终的超高速恒星。它们尚未被观察到,但我们根据速度来预测其丰度。“

天文学家斯科特肯尼恩说,目前尚不清楚我们银河系中存在多少超高速恒星。他估计可能有几百个太阳质量的三到五倍。“我们使用光谱技术估算距离,从而估算出银河系中的位置,”他说。“然后我们将径向速度与逃离星系所需的速度进行比较。”所有这些恒星都有望在几亿到十亿年之内退出银河系。

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超高速恒星HE 0437-5439可能有一个复杂的起源故事。一些天文学家认为它起初是一个三重恒星,由一个紧密的二元系统和一个偏离的单体组成(左上)。当三人接近银河系核心的黑洞时,这个洞捕获了外部成员,并以超高速(左上)抛出二进制。弹出的一对进化,直到一个组件成为一个红色巨人,两个螺旋形更接近(左下)。最终,二人组合成了一个“蓝色落后者”(右下角)。

B或不B

到目前为止,几乎所有已知的超高速恒星都是主序列上的B型太阳

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,它们通过将氢气融入核心中的氦气而产生能量的时期。因为这样的恒星寿命不超过几亿年,你不会期望在银河系的边缘找到任何恒星。

“这些B星不应该存在,”“外面的银河系光环中没有恒星形成。它是一个死区 - 星系的光环包含星系的球状星团和古老的金属贫乏的低质量恒星。除非它被弹射出去,否则你永远不会期望看到一颗B星以外圈中的那些速度行进。“

但他们在那里。对它们存在的最佳解释是一颗双星,它太靠近一个巨大的黑洞。黑洞将一颗恒星捕获到一个高度偏心的轨道上,并将另一颗恒星作为一颗超高速恒星射出。

然而,在发现第一颗这样的恒星之后的十年,仍然缺乏关于整个天空中真正的超高速恒星的数据。天文学家可以通过检查其光谱光散射到其组成波长中来测量任何给定恒星的径向速度。如果物体向我们移动,其光谱线会移向较短的波长; 如果它移开,线条会摆动到更长的波长。速度越高,移位越大。

虽然这种光谱分析对于附近的恒星是直截了当的,但对于银河系外部光环中的遥远太阳来说,它变得更加困难。即使是大型望远镜也无法收集足够的光线。这就是为什么德国埃尔兰根 纽伦堡大学的天文学家乌尔里希·希伯认为可能有几颗低质量的超高速恒星等待被发现。虽然这些小物体的寿命比它们的B型表兄弟长,但它们辐射的光线要少得多,所以不能看到距离太远。尽管如此,它们比任何死亡的B型恒星的更微弱的白矮星残骸更容易被发现。

在移动中

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一旦天文学家知道从地球上看到的恒星的径向速度,他们就能计算出它相对于星系中心的移动速度。但即便如此,这只能讲述一半的故事。为了将银河系外缘中任性的恒星直接连接到银河系核心超大质量黑洞的理论起源点,观测者还必须确定恒星在我们视线范围内的运动。这种所谓的适当运动比径向速度更难以精确测量。

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天文学家通过观察物体相对于更远物体的位置的变化来确定适当的运动。对于超高速恒星,这意味着测量其相对于背景星系或类星体的运动,这个过程需要数年时间。

尽管它们的速度极快,但超高速恒星每年的运动时间不到1毫秒。(一毫秒等0.000000005°,或从大约2,300英里[3,700公里]开始看到一角钱的角度大小。)

地面测量精确到每年仅约5毫秒,因此对超高速恒星的正确运动研究必须是从太空完成。这就是欧洲航天局(ESA)Gaia任务的用武之地。这个天体测量天文台 - 旨在测量大约10亿颗恒星的精确位置和径向速度 - 正在产生精确到每年0.1毫秒内的正确运动。在接下来的一两年里,盖亚应该为已知的超高速恒星和新候选人提供极好的适当动作。

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从理论上讲,这些观测将帮助天文学家更多地了解这些恒星的起源点。虽然研究人员认为大多数起源于与射手座A *的相互作用,但他们仍然在争论是否有些人可能是来自银河系之外的闯入者。也许他们是从一个潮汐破坏的矮星系的恒星流中进入银河系的外环。或许银河系的卫星星系,即大麦哲伦星云(LMC),将一些射入我们银河系的光环中。

“有一个未受约束的B星,HE 0437-5439,靠近大麦哲伦星云,可能来自LMC或银河系,”布朗说。“HE 0437-5439正在远离我们,我们不知道它是朝向我们的方向还是LMC。”如果这颗恒星起源于LMC,它可能是以前未检测到的中等质量黑色的吸烟枪以超高速度射出恒星的洞。

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超高速恒星不倾向于上镜,因为它们的距离会使它们发光模糊。哈勃太空望远镜拍摄了HE 0437-5439(中心),它位于大麦哲伦星云附近的Doradus星座。

尽管消息来源仍然难以捉摸,但认为这颗恒星是从银河系中喷出的二元系统的残余物。他的情景开始于三个恒星同伴:一个紧密绑定的二元对在轨道上与更遥远的太阳。三人陷入了射手座A *的破坏性重力并付出了代价。超大质量黑洞俘获了系统的外围成员并弹射了另外两个,它们仍然是完整的一对。

当这对刚从银河系中心冲出来时,更大质量的恒星最终演变成了一个红巨星。当它膨胀时,两颗恒星一起旋转并合并成一个更大的“蓝色落后者”。这种延迟形成过程的HE 0437-5439是将B型主序星加入其当前位置的最佳方式,大约200,000光 - 距银河系中心数年。否则,这个特定的恒星很久以前就会从主序列演化而来。

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“只有射手座A *可以解释最快的B型超高速恒星,”“其他过程以不同的速度喷射出不同类型的恒星。”

中子星RX J0822-4300就是一个很好的例子。2012年,天文学家以150万英里/小时(240万公里/小时)的速度行驶。爆炸造成了Puppis A--一颗距离地球大约7000光年的超新星残骸 - 在南部的Puppis星座 - 将这颗恒星遗迹发射到这条轨道上。天文学家认为这颗超新星是一个不对称的爆炸,中子星朝着一个方向前进,而大部分超新星碎片向相反的方向发展。

不幸的是,天文学家估计他们必须观察大约10,000个正常的核心坍缩超新星才能找到一个超高速超新星。然而,科学家并不认为这种爆炸会产生超高速超新星。

一个典型的例子是US 708,这是速度最快的超高速恒星,速度为270万英里/小时(430万公里/小时)。这颗富含氦的恒星是光谱类型O,是银河系光环中最着名的恒星之一。从它的轨迹来看,它几乎肯定不是源于银河系的中心。

天文学家认为它曾经是超紧凑二元系统的一部分。它的伴星是一颗巨大的白矮星,接近这些恒星的重量极限。当美国708演变成一个红色巨人时,它将大部分氢气包裹转移到白矮星上,最终触发了一种统计上罕见的Ia型超新星,它将US 708发送到超高速轨迹上。

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大麦哲伦星云是银河系中最大的卫星星系,可能是超高速恒星HE 0437-5439的来源。如果是这样的话,以前未检测到的中质黑洞可能会从一个年轻的星团中弹出。

狮子的骄傲

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你可能会认为超高速恒星会随机地在天空中传播,但事实并非如此。,围绕当前观测的最大谜题之一是,有一半的B型超高速恒星在狮子座周围聚集。希伯认为这可能意味着银河系中心优先向某个方向射出。他说如果被射出的恒星来自超大质量黑洞周围的恒星盘,就会发生这种情况。

但是聚类的观察可能只反映了数据的缺乏。“我们没有对整个天空进行全面的调查,”肯“所以也许我们看到了一个统计上的侥幸。”对南方天空的调查应该澄清这个问题。特别是,它们将允许天文学家研究南北不对称,并观察相似数量的超高速恒星是否存在于水瓶座,即狮子座对面的星座。

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使用澳大利亚1.35米SkyMapper机器人望远镜,智利欧洲南方天文台2.6米VLT测量望远镜以及目前正在智利建造的8.4米大型天气测量望远镜(LSST)的新调查将完成对超高速恒星的搜索在南方的天空。

一旦完成这些调查,天文学家就可以开始使用超高速恒星来研究银河系的其他特征。“因为[B型]超高速恒星起源于银河系中心,它们的轨迹应该是一条直线向外,”“然而,理论家们认为银河系被暗物质的三轴[足球形]分布所包围。”

这意味着超高速恒星的当前轨迹应该偏离直线,因为它们感受到这种看不见的物质的引力, 他说。轨迹偏离多少,以及它们朝哪个方向偏离,取决于暗物质晕的形状和方向。

肯扬说,如果天文学家能够发现200个左右的超高速恒星分布在整个天空中,那么测量它们的精确轨迹可以告诉我们它们在从银河系中心到光环的过程中如何减速。然后科学家们可以将这些减速测量作为天空位置的函数来研究暗物质晕的形状是否更加球形,或者它是否在星系的极点更平坦。

分享 2019-07-19 07:00:01

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