天文学家与生物学家的对话:恒星的“进化树”

作者: Zwicky

来源: 原理

发布日期: 2017-02-22

一名天文学家在剑桥大学的一次晚宴上受到生物学家的启发,开始研究如何利用生物学中的“进化树”概念来绘制恒星的“进化树”,以理解恒星的起源和历史。通过分析恒星的化学成分和运动学性质,天文学家希望能够揭示恒星之间的联系,并最终绘制出整个银河系的恒星进化树。

在剑桥大学国王学院的一次晚宴上,一名天文学家偶遇了一名生物学家。在柔和的烛光下,他们杯觥交错,相谈甚欢,这名天文学家在谈话间得到了启发。1859年,达尔文发表了他对生命的革命性看法,认为所有有机的生命都是从更原始的形态传下来的。达尔文的理论的一个重要结果就是“系统发生树”(或称为“进化树”),它把所有的生命形态都连接在一起。这说明了两个生物体之所以有相同的特质是因为他们都是从共同的祖先继承下来的。

想到了这里,这名天文学家(来自剑桥大学天文系的Paula Jofré)的思绪飘到了遥远的恒星上。一颗恒星的化学成分可以告诉我们很多关于它起源的信息。在很久很久以前,宇宙中诞生的第一批恒星基本上都是由氢气和氦气组成的,接着它们聚变成更重的元素。当恒星以超新星结束自己的生命时,它们会向太空中抛射许多重元素,这些重元素就成了下一代恒星的基础材料。因此,在年轻的恒星中包含的重元素要比老的恒星更多。

这个过程跟在生物学上发生的很像,尽管生物进化是由适应和生存所驱动,而化学演化则是由导致恒星死亡和诞生的机制所驱动。Jofré心想,自己是否也可以借鉴生物学中的技巧来绘制恒星起源的“进化树”。我们知道恒星会随着星系的螺旋臂和盘旋转,这使我们很难辨别它们是从哪来来的。但如果它们都诞生于同一个星团,那么恒星就应该有相同的化学特征。天文学家利用这些相同的化学特征试图识别出同源的恒星,即使它们早已相互远离。

基于与生物学家交谈带来的灵感,Jofré认为自己可以更进一步。她表示:“这也提供给其他天文学家以全新的方式来思考恒星的历史以及解读它们的过去。有许多的信息可以被获取。”Jofré的团队挑选了22颗恒星(包括太阳)进行研究。利用位于智力的大型望远镜收集的高分辨率光谱数据,他们仔细测量了这些恒星的化学元素。

利用这些化学DNA(即17种化学元素),一旦22颗恒星被分类好之后,再结合这些恒星的年龄和运动学性质,就可以研究它们的进化史了。

最后,他们最后得到了这颗进化树:这颗系谱树共有三个分支,代表了恒星的不同起源。Robert Foley教授对这项工作表示:“恒星和动物之间的区别是巨大的,但是他们都有一个共同的特征就是随着时间改变,因此可以通过构建进化树来研究他们的历史。

”随着现在已经收集到的数据越来越多,特别是盖亚卫星和越来越先进的地面望远镜,以及正在筹备的大型光谱巡天项目,天文学家或许不久后就可以绘制整个银河系的进化树,连接所有的恒星。

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