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第4章 摇银河系的秘密(3)

研究表明,恒星的质量大多为太阳质量的百分之几到150倍。一般恒星的质量为0.1~10个太阳质量。如果是质量再大的恒星,它就要爆炸瓦解。如果是质量再小的恒星,它的中心温度就不会很高,也就不能成为具有恒星性质的天体。由此可见,恒星质量差别比体积差异小得多。根据一颗恒星绕另一颗恒星的运动,可以利用开普勒第三定律计算出恒星的质量关系。

现在已知质量最大的恒星之一如HD93250星,它的质量大约是太阳质量的120倍。HR2422双星的主星和伴星质量大约都是太阳的59倍,角宿一双星的主星质量约为太阳的10倍,五车二双星中两星质量各为太阳的2.7倍和2.6倍,天狼星主星质量为太阳的2.1倍,75%的白矮星质量介于太阳的0.45~0.65倍,许多红矮星的质量不到太阳的一半乃至小于太阳的1/10。可见,在恒星世界里,太阳质量居中等地位。当然,目前已准确测出质量的恒星还不多,还有许多研究工作要做。恒星之间的直径相差1亿倍以上,而恒星之间的质量相差仅几千倍。不难想象恒星之间的密度差别是何等惊人了。

德国科学家利用“哈勃”

太空望远镜对银河系中体积最大的一个年轻星团——圆拱星团进行了观测。这个星团由数千颗恒星组成,总质量大约为1.1万个太阳的质量。该星团靠近银河系的中心,这个区域有利于恒星的生长。起初,科学家期望能在圆拱星团中找到超大型恒星,但是从星团中恒星的亮度和组成恒星的物质判断,其中没有一颗恒星的质量超过太阳质量的150倍。

其他科学家对圆拱星团附近的另一个星团进行了观测,尽管观测的恒星数量较少,但也得到了类似的结果,即银河系恒星质量的上限可能大约是太阳质量的150倍。

为什么银河系恒星质量可能存在上限呢?

科学家发现只有特殊的双星系统才能测出质量来,一般恒星的质量只能根据质光关系等方法进行估算。

随着科技的不断进步,人类将一步步揭开恒星质量的面纱。

难以解释的天体怪星

20世纪30年代,天文学家在观测星空时发现了一种奇怪的天体,它既是冷的,只有两三千摄氏度,同时又是十分热的,达到几十万摄氏度。也就是说,冷热共生在一个天体上。1941年,天文学界把它定名为“共生星”。它是一种同时兼有冷星光谱特征(低温吸收线)和高温发射星云光谱(高温发射线)的复合光谱的特殊天体。几十年来已经发现了约100个这种怪星。许多天文学家为解开怪星之谜耗费了毕生精力。

最初,一些天文学家提出了“单星”说,认为这种共生星中心是一个属于红巨星之类的冷星,周围有一层高温星云包层。红巨星是一种处于比较晚期的恒星,它的密度很小,体积比太阳大得多,表面温度只有两三千摄氏度。可是星云包层的高温从何而来呢?人们无法解释。

太阳表面温度约有60000益,而它周围的包层——日冕的温度却达到百万摄氏度以上,能不能用它来解释共生星现象呢?

有人提出,日冕的物质非常稀薄,完全不同于共生星的星云包层。因此,太阳不算共生星,也不能用来解释共生星之谜。

也有人提出了“双星”说,认为共生星是由一个冷的红巨星和一个热的矮星组成的双星。但是,当时光学观测所能达到的分辨率不算太高,其他观测手段尚未发展起来,人们通过光学观测和红移测量测不出双星绕共同质心旋转的现象。而这些正是确定是否为双星的最基本物质特征之一。

近些年,天文学家用可见光波段对冷星光谱进行的高精度视向速度测量证明,不少共生星的冷星有环绕它和热星的公共质心运行的轨道运动,这有利于说明共生星是双星。人们还通过具有高的空间分辨率的射电波段进行探测,查明了许多共生星的星云包层结构图,并认为有些共生星上存在“双极流”现象。现在,大多数天文学家都认为,共生星可能是由一个低温的红巨星或红超巨星和一个具有极高温度的看不见的极小的热星,以及环绕在它们周围的公共热星云包层组成。它是一种处于恒星演化晚期阶段的天体。

有的天文学家对共生星现象提出了这样一种理论模型—共生星中的低温巨星或超巨星体积不断膨胀,其物质不断外溢,并被邻近的高温矮星吸积,形成一个巨大的圆盘,即所谓的“吸积盘”。吸积过程中产生强烈的冲击波和高温。由于它们距离我们太远,我们区分不出它们是两个恒星,而看起来像热星云包在冷星的外围。

有的共生星属于类新星。类新星是一种经常爆发的恒星。所谓爆发是指恒星由于某种突然发生的十分激烈的物理过程而导致能量大量释放和星的亮度骤增许多倍的现象。仙女座Z型星是这类星中比较典型的,这是由一个冷的巨星和一个热的矮星外包激发态星云组成的双星系统,经常爆发,爆发时亮度可增大数十倍。它具有低温吸收线和高温发射线并存的典型的共生星光谱特征。

天文学家指出,对共生星亮度变化的监视有重要意义。通过不间断地监视可以了解其变化的周期性、有没有爆发,从而有助于揭开共生星之谜,这对恒星物理和恒星演化的研究都有重要的意义。但要彻底揭开这个谜看来还需要付出许多艰苦的努力。

恒星是什么

“大爆炸”后宇宙经历了什么事情?

一颗刚刚在银河系发现的原始恒星可以为苦苦追问的天文学家提供线索,它的年龄约为132亿年,几乎与宇宙同龄,成为已知的最长寿的恒星。一个国际研究小组利用世界上分辨率最高的欧洲南方天文台的VLT望远镜捕获了这颗遥远的恒星,并将其编号为HE1523。从它的年龄上看,应该是诞生于银河系的初始阶段,那时银河系最终的螺旋形状还未形成,而年龄仅为46亿年的太阳系更是远未出现。

就像其他的原始恒星一样,HE1523中仅包含少数几种比氢和氦质量重的化学元素,其中就有两种放射性金属元素——钍和铀,其半衰期分别为140亿年和47亿年。科学家通过分析望远镜收集到的光谱数据确定了钍和铀的精确含量,并进一步推算出了HE1523的年龄。这种技术与考古使用的放射性碳年代测定法类似,只不过天文学家需要测定的时间跨度更大。

在HE1523上的钍和铀可能来自于另一颗演化到超新星爆发阶段、走向衰亡的更古老的恒星。天文学家普遍认可的宇宙的年龄为100亿~150亿年,这颗恒星的发现有助于了解宇宙形成早期的历史信息。

虽然科学家能借助设在南半球的一个望远镜看到HE1523,但还不能确定它的距离究竟有多远。根据光谱分析,作为一颗恒星,它已经步入老年,成为一颗中心向内收缩、外壳却朝外膨胀的红巨星。

尽管HE1523目前暂时取得了“最古老恒星”的称号,不过科学家认为还有很多资格更老的恒星没有被发现。科学家认为,经过对它化学成分的测定,这颗恒星具备了某些原始的金属特性,但有些恒星比它的特性更原始。

根据宇宙理论,大爆炸发生后几亿年中,宇宙中基本上是均匀分布的氢和氦,以铁为代表的重元素都是在恒星内部的核聚变反应中形成的,第一代恒星里的重元素很少。第一代恒星死亡后,新生的恒星会从其遗骸中继承一些重元素,因而重元素含量更多。

科学家认为,宇宙“第一世代星”形成于“大爆炸”后的3000万~1.5亿年间,它们都是异常耀眼的庞然大物,质量至少是太阳的200倍。不过,它们燃烧非常迅速,只存在了几亿年就逐渐形成了黑洞或者爆炸成为超新星。

近来,科学家又发现位于长蛇座方向的一颗恒星可能是迄今为止发现的最古老的恒星。该恒星距离地球1500~4000光年,接近太阳系,亮度等级为13.5级,表面温度比太阳高,为61807益。从表面温度等可以推测出它的质量约为太阳的70%。

研究人员通过频谱分析,测出了该恒星中各元素的含量。结果发现,其中铁的含量只有太阳的二十五万分之一,比迄今为止重元素含量最少的恒星还要低40%。宇宙在大爆炸后开始膨胀,最初诞生的所谓“第一世代星”只含有氢、氦等轻元素,而没有以铁为代表的重元素。因此含重元素非常少的恒星,一般认为是在宇宙初期形成的。

据研究人员测算,该星已有130多亿岁,估计是“第一世代星”中残存下来的质量较小的一颗,或许也可能是“第一世代星”爆发后生成的第二世代星。

随着科技的发展,人类会发现更多宇宙的奥秘。

会发生天体间的大碰撞吗

21世纪科学家计算表明,宇宙大碰撞的时间要比预先计算的提前。

如果银河系将提前发生大碰撞,人类将会怎样呢?

天文学家已经发现银河系正在与它的邻居仙女螺旋星系相互靠近,而最新计算发现它们的碰撞时间要比预先计算的更早,它们的首次碰撞将提前到20亿年后。

碰撞发生时我们的太阳和我们的地球会怎样呢?

美国哈佛·史密森天体物理中心计算显示,太阳和我们地球等行星将有可能飞出银河系进入仙女座的外缘。而且,这种碰撞将发生在太阳系“死亡”之前。

计算机模拟显示,银河系和仙女座的首次碰撞将发生在不到20亿年后,比原来计算的时间要早了数10亿年。人类在地球上可以看到夜空中的巨大变化,仙女座的巨大引力将星球拉离原来的轨道,原来狭长的银河系将被拉扯得一片混乱。

那个时候,太阳仍然是一颗燃烧氢的主序星,它将变得更加明亮和灼热,足以能将地球上的海水煮沸。

大约50亿年后,仙女座和银河系将完全合并成一个球形的椭圆星系。那时候太阳已经接近红巨星阶段,生命也已经走到了尽头。包括地球在内的几大行星,那时距离新星系中心的距离大约是10万光年,大约是现在距离的4倍。

那时候人类可能仍然存在,他们将看到一个与现在完全不同的天空景象——狭长的银河系将会消失,取而代之的是一个由数10亿颗星球组成的巨大隆起。

也许,未来的科学家可能会回想起这次预测的。

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