黑科技 科学 同样年龄的星团,外观不见得也相同

同样年龄的星团,外观不见得也相同

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星团由数十到上百万颗不等的恒星组成,恒星彼此间的重力交互作用会让星团结构随时间而改变,天文上称为“动态演化”。动态演化结果使较重的恒星逐渐沉往星团中心,质量低的则向外移动甚至逃离星团。这样的变动最后将导致星团核心区域随时间逐渐缩紧,而相同实际年龄的星团会因动态演化的关系,使其外观和形状差异甚大。因此,来自哈勃太空望远镜观测大麦哲伦星系中的星团大小随时间的变化结果显示:光按照实足年龄来呈现完整故事的研究方式,在星团演化领域的探索上并不适合;即便星团年龄相同,但最后都会因为动态老化的程度不同而使星团结构相异。

同样年龄的星团,外观不见得也相同插图
哈勃太空望远镜拍摄的球状星团NGC 1466。这个星团是大麦哲伦星系中“唯5”曾测量过动态演化的星团,整个星团的总质量相当于140,000倍太阳质量,年龄约达131亿年,几乎与宇宙年龄相同。Credit: ESA/Hubble & NASA。

LMC离地球约160,000光年,是银河系的卫星星系之一,拥有各种年龄层的星团,这和我们银河系大都是老星团不一样。LMC里的星团大小分布状况与年龄有关,这个观测结果令天文学家感到疑惑,因为年轻星团全都很紧密,但最老的星团却有的大、有的小。

包含LMC在内的所有已知星团中都发现有一个特别的“回春恒星”,也就是所谓的“蓝脱序星(blue straggler)”。在某种特定环境下,恒星会收到多余的“燃料”,使它们核融合反应更加剧烈而变亮。这通常发生在双星之间,其中一个夺取另一个的物质,或是两星碰撞合并的时候。

同样年龄的星团,外观不见得也相同插图(1)
星团中蓝脱序星的两种形成过程示意图。左为碰撞模式,在极拥挤环境中,2颗低质量恒星因碰撞而合并成一颗大质量恒星;右为吸血鬼模式,一对恒星中,其中一颗子星的质量被另一颗掠夺走。Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser。

随着动态演化老去,重恒星沉向星团中心,类似沉积过程,因此称之为“中心分异”作用。蓝脱序星很亮,使得它们很容易被观察到,而且由于它们质量很大,会被中心分异作用影响,故可用以之估计星团动态年龄。

意大利波隆那大学的Francesco Ferraro等人透过哈勃太空望远镜观察LMC里5个大小不一的老星团中的蓝脱序星,最后成功地按它们的动态年龄排序,以此证明星团结构不同是因为动态老化的程度不同所致,虽然出生时的年龄相同,但最后的整个星团物理型态并不相同。这项研究结果,开启了一扇新窗,让天文学家能更了解星团形成历史。

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作者: thinkou

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