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宇宙中的摇滚明星:NASA太空望远镜揭示蓝超巨星秘密

发布时间:2019-05-10 15:54:51  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:181

      蓝超巨星就像是宇宙中的摇滚明星。它们是质量巨大的恒星,生长速度极快,年纪轻轻就香消玉殒,导致它们极为罕见并且很难进行研究。即使借助现代望远镜,科学家也很难做到这一点。在还没有太空望远镜的时代,科学家只观测到几颗蓝超巨星,对它们的了解非常有限。庆幸的是,在美国宇航局(NASA)的先进太空望远镜的帮助下,科学家开始揭示蓝超巨星的秘密。
    宇宙中的摇滚明星:NASA太空望远镜揭示蓝超巨星秘密
      一颗质量三倍于太阳的蓝巨星内部构造快照,暴躁的核心对流产生美丽的波纹
      银河系内侧存在大量对生命具有危险性的金属,虽然银河系外侧较为安全,但由于缺少金属,孕育出类地行星的可能性较低。银河系适居区介乎二者之间,是生命的理想栖息之所。我们的太阳系处在适居区中央附近。换句话说,太阳系所在的银河系区域非常适合生命生存。此外,当前的银河系也处在一个对生命比较友好的时期。
      50亿年前,宇宙中缺少孕育生命所需的金属。即使存在生命,剧烈的恒星诞生和超新星活动也让生命处于危险之中。经过50亿年的岁月变迁,地球上才进化出智能生命。如果这是一个典型事件,我们可能是银河系的首批智能文明之一。无论是站在时间还是空间的角度,地球都是银河系内一个独一无二的存在。在此过程中,金属的存在扮演了一个关键角色。
    宇宙中的摇滚明星:NASA太空望远镜揭示蓝超巨星秘密
      摄影师镜头下的银河系
      在发生超新星爆炸前,蓝超巨星就像是宇宙的金属工厂,产生元素周期表内氦以外的所有化学元素。值得一提的是,2019年是元素周期表诞生150周年。过去5年时间里,英国纽卡斯尔大学的天体物理学家塔玛拉·罗杰斯和她的研究小组创建了一系列蓝超巨星模型,试图揭示蓝超巨星独特外表的成因。
      通过创建蓝超巨星内部构造模型,研究人员预测重力波——与海洋中的海浪类似——会在蓝超巨星表面断裂。此外,他们还预测了另一种波形。这些相干波在蓝超巨星内部深处产生,与地球上的地震波类似。
    宇宙中的摇滚明星:NASA太空望远镜揭示蓝超巨星秘密
      蓝超巨星艺术概念图。它们是宇宙中温度和亮度最高的恒星之一,表面温度在1万到5.5万K之间,质量约为太阳的10到150倍
      借助美国宇航局太空望远镜获取的数据,比利时鲁汶大学率领的一支国际科学家小组首次对难以捉摸的蓝超巨星进行观测。他们发现由于表面存在波,几乎所有蓝巨星的亮度都像波浪一样起伏。与预测的一样,这些波在内部深处产生,为科学家利用星震学技术研究蓝超巨星打开了一个新窗口。星震学技术与地震学家利用地震研究地球内部构造的技术类似。
      在刊登于《自然·天文学》杂志的论文中,研究人员表示通过对这些波进行观测,科学家能够对无法利用其它天文学手段窥探的蓝超巨星特性进行研究。罗杰斯指出:“在我们第一次进行模拟和预测这些波会在表面断裂时,我们并不认为能够观测到它们。宇宙内的恒星外形、大小和颜色各异。某些恒星与太阳类似,平静地生存几十亿年。大质量恒星的寿命就要短得多,但也更为活跃。它们最终发生超新星爆炸,将物质喷射到太空。与我们预测的一样,这些新观测证实了两种类型波的存在。它们能够为我们提供不同的蓝超巨星信息。”
    宇宙中的摇滚明星:NASA太空望远镜揭示蓝超巨星秘密
      开普勒望远镜,可用于观测蓝超巨星
      罗杰斯表示:“这些波会在表面破碎,就像海浪在沙滩上碎裂一样。驻波则继续前行,与地球上的地震波类似。通过对这些波进行观测,我们能够了解蓝超巨星如何移动和旋转,同时还能揭示包括核心在内的内部深处的物理学和化学过程。虽然我们预测了这些波的模式,但一直以来,我们也只是通过模拟,揭示可能出现的现象。对我们来说,进行实际观测并证实它们的存在将是一个不可思议的时刻。”
      望远镜能够窥探遥远的宇宙区域,但天文学家很难“透视”恒星内部结构。直到最近,天文学家才在现代太空望远镜的帮助下监听恒星产生的声音,而后根据监听结果推测恒星的内部构造。研究论文主执笔人、鲁汶大学天文学研究所的多米尼克·鲍曼表示:“在美国宇航局的开普勒望远镜K2阶段任务和凌星系外行星巡天望远镜(TESS)服役前,已知的亮度因波发生改变的蓝超巨星数量少得可怜。”
    宇宙中的摇滚明星:NASA太空望远镜揭示蓝超巨星秘密
      凌星系外行星巡天望远镜(TESS),天文观测的一件利器
      鲍曼指出:“如果借助高灵敏探测器对一颗恒星的亮度进行长时间观测,你能够了解恒星亮度如何随时间推移发生改变。在窥探恒星内部波的星震学研究中,我们根据这些变化推测恒星内部的物理学和化学过程。”
      在如此多的蓝超巨星上发现波是一个令人兴奋的研究成果。鲍曼说:“这些恒星的亮度一直发现改变,我们需要的就是耐心,等待先进的太空望远镜对其进行观测。它们就像是一直处在表演进行时的摇滚明星,因为美国宇航局的太空探索任务,我们才得以打开音乐会的大门。在现代太空望远镜的帮助下,我们正进入炙热大质量恒星星震学研究的黄金时代。在蓝超巨星身上发现这些波允许我们从一个新奇的角度对超新星的前身进行研究。”

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