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恒星为何会抱团?

发布时间:2021-10-01 阅读:

猎犬座球状星团 M3

人类爱抱团,恒星也不例外。

茫茫银河系,恒星往往成群结队分布在某一块较大区域。这些恒星距离较近,靠引力彼此相互束缚在一起,我们称之为“星团”。据了解,人类肉眼可见的星团包括昴星团、毕星团和蜂巢星团。

近日,《皇家天文学会月刊》发表了一项研究,研究者使用平流层红外天文观测台(SOFIA)发现,星团是由巨大分子云碰撞而成。他们认为,磁场、分子云中的湍流对星团的形成产生影响,甚至可能起主导作用。

恒星诞生之初就已成团

按形态和成员星的数量等特征,星团分为疏散星团和球状星团。球状星团是由古老的恒星组成的紧密星群,恒星数目最多可达数百万颗。而疏散星团通常包含几千颗恒星,它们的聚集方式相对松散。

“星团中各个成员星之间的距离比较近,但仍然以光年计算。”中科院国家天文台研究员马骏告诉科技日报记者,成员星之间的空间密度远远高于周围的场星。

无论球状星团还是疏散星团的形成都与分子云有关。据麦克米伦百科全书解释,分子云是星际物质中低温稠密物质所构成的巨大星云。主要成分是分子氢,并有极少量的其他分子和尘埃。典型的分子云直径达130光年,质量相当于太阳质量的50万倍,绝对温度10—20K(零下260℃—零下250℃)。而银河系内约有数千个分子云存在。

分子云的分布并不是均匀的,有些地方密度大,有些地方密度小。“就像各个城市的人口密度存在差异一样。”马骏说,恒星都诞生于分子云中。

他解释道,分子云中密度大的地方会吸引周围更多物质变成密度更大的云核。当云核的密度足够大时,它便可能开始塌缩,造成中央的温度不断升高。温度足够高时会点燃分子云中的氢气,从而生成氦气,发出光和热。于是,宇宙中就诞生了一颗发光的恒星。“在这个过程中,一起诞生的恒星就形成星团。”

也有研究人员分析了分子云周围电离碳的分布和运动情况。有迹象显示,两种不同的分子气体以超过2万英里/小时的速度相互碰撞。而分子、电离气体的分布和速度与模拟的云碰撞一致,据此研究人员称,可能是分子云碰撞过程产生的冲击波使气体压缩形成星团。

瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学教授、弗吉尼亚大学教授乔纳森·坦(Jonathan Tan)说:“下一步是使用SOFIA观察大量形成星团的分子云,只有这样,才能理解常见的云碰撞如何促使星系中的恒星诞生。”

星团成因仍是谜

“小分子云形成小星团,大分子云形成大星团。一般来说,小星团不会演变成大星团,但是宇宙演化很复杂,不排除特殊情况。”马骏说。

以球状星团为例,它是比较大的分子云聚集、恒星形成率较高时的产物,其可能形成于早期星爆时期或后来的星系并合过程。其自身内部或受其宿主星系支配导致的恒星演化、动力学演化,都将引起球状星团在质量、大小、数目、空间位置、金属丰度和颜色等分布上发生变化。由于受到巨大分子云的引力影响,疏散星团也会随着时间推移而被破坏。

此外,星系的并合时常发生,它会使大量气体聚集,触发形成新的星团,也会改变星团演化的环境,导致星团的瓦解。

正是由于星团所处宇宙环境十分复杂,现阶段,天文学家关于星团的形成和演化仍在研究阶段,特别是星团中的多星族成分的存在,给星团的研究带来很大的挑战。“有些观测与理论解释相符,有些并不符合。所以对星团的形成和演化仍有很多不同的理论解释。”马骏表示。

乔纳森·坦说:“很难在观测上对恒星形成模型进行评估,但通过SOFIA获得的数据可以真正测试模拟。”SOFIA的观测帮助科学家迈出了重要的一步,这些数据提供了有利于碰撞模型的关键证据。

星团产生的确切机制还没有达成科学共识,解开星团诞生之谜的努力意义深远。“所有恒星基本上都是抱团出生的。即便看似孤立的场星也是由于星团被所诞生星系中的潮汐力瓦解形成的。”马骏多次强调,星团是宇宙的成分,研究其形成及演化对了解整个宇宙的形成和演化有非常重要的作用。

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