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探究宇宙深处恒星诞生地 揭开星团"一生的秘密"

http://www.kexue.com 2013-05-15 15:04:19 环球科学  发表评论

探秘恒星诞生地
揭开宇宙深处的恒星诞生地

  所有的恒星都是成群形成的,但随后会慢慢四散开去。一个新的理论正试图解释这些恒星集群是如何形成和瓦解的,抑或在罕见的情形下它们又是如何维持数亿年的。

  撰文 史蒂文·W·斯塔勒(Steven W. Stahler)

  翻译 谢懿

  夜空是星星的领地。在每一个方向上,明暗不同的恒星充满天际。一些星星看上去构成了特殊的图案,被称为星座。尽管这些图案很有趣,但绝大部分只不过是人类思想在天空中的投影。在银河系和其他星系中,大多数的恒星彼此之间并没有真正物理上的联系。

  或者,至少现在已不存在这样的联系了。每一颗恒星其实都诞生于一个恒星集群之中,周围簇拥着日后会渐行渐远的、年龄相仿的兄弟姐妹。天文学家之所以知道这一点,是因为这样的“恒星育婴室”至今仍有一些存在,它们被称为星团。猎户星云的星团也许是其中最著名的:在哈勃望远镜下,猎户星云星团的恒星在朦胧的尘埃和气体云中闪闪发光。在户外你能看到昴星团:它是金牛座中一片模糊的光斑。

  星团间差异巨大,有的只是几十个成员的脆弱联盟,而有的则是数百万颗恒星的集合。一些星团非常年轻——年龄只有几百万年,其些则诞生于宇宙创生初期。在它们之中,我们能找到处于恒星生命周期任意阶段的恒星。实际上,我们今天对星团的观测结果,就是现在学界所采纳的恒星演化理论的主要证据。恒星演化理论是20世纪天体物理学的伟大成果之一。

  然而,我们对于星团自身的内部机制和演化却所知甚少。该如何解释我们观测到的星团的多样性?我们对单颗恒星可谓知之甚多,而对形成它们的摇篮却知之甚少。

  20年前,我第一次遇到了这种具有讽刺意味的情形,当时我正和意大利阿切特里天体物理观测台(位于佛罗伦萨)的弗朗西斯科?帕拉(Francesco Palla)合作,着手撰写一本有关恒星形成的研究生教科书。那时,我们两人会定期来往于加利福尼亚州伯克利市和佛罗伦萨之间。当我们跟踪这个广袤领域的许多研究分支时,有关星团的未解之谜一直潜藏在我们的思绪中。

  一个下午,当我们在伯克利喝咖啡时,我突然有了一个念头。无论年龄和大小,也许相同的物理机制控制着所有的星团,也许一个简单变量就能解释这些机制作用在星团上的方式——这个变量就是每个星团的母星云的质量。为了证实我的想法,此后几十年,我把大部分时间都用在了收集证据上。

  犹存的谜题

  我提出星云初始质量决定了星团结构及其演化之后,我对星团的研究则为这种说法提供了一些证据。这一工作还为未来的研究指明了有前景的方向。例如,天文学家应该想办法来观测,我的研究所预言的疏散星团的均匀膨胀。

  不过,我的发现也显示,许多有关星团的事情我们至今仍不了解。尽管计算机模拟取得了进展,但我们依然无法建立模型,去模拟母星云中特定区域是如何变稠密,进而形成恒星的。几十年的射电和红外观测,也没有揭示出这些星云内部运动的模式。恒星集群的出生阶段——位于浓密尘埃中的内埋星团阶段——仍隐匿未知。

  然而,我和同事所创建的作用平衡模型能帮助我们搞清楚,恒星集群的出生阶段和星团演化的其他方面的更多细节。通过综合分析研究和N体模拟,我们希望证明,一个质量流失率和收缩率相等的星云,确实会产出一个类似疏散星团那样的引力束缚系统。我们还希望通过建模来研究,初生的T星协是如何逆转星云收缩,然后散入太空的。例如,星风真的起到了天文学家所认为的关键作用吗?

  这一研究的影响将远超星团的范畴。虽然对银河系中恒星集群的研究长期停滞不前,但它很快就将成为其他研究的中心。例如,一些天文学家相信,太阳就形成于一个拥挤的OB星协中,正是近距离的恒星对太阳周围气体和尘埃盘的扰动,塑造了我们的太阳系。而孕育了星团的星云也在星际介质和星系整体演化中扮演了重要角色。因此,要想弄清楚太阳系的诞生以及所有其他天体的过去和未来,关键线索可能就藏在星团之中。

  精彩速览

  恒星在星团中形成,而星团则包裹在气体与尘埃混合而成的星云中。

  在银河系中可以看到三种类型的星团,它们具有不同的结构和演化历史。

  孕育星团的母星云的初始质量可能是产生这些差异的原因,母星云的初始质量会影响星团内部引力收缩与扩张的平衡。

  母星云散去后,留下的就是星团里的恒星集群。

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