这些星球真的在“流浪”!丨新知

作者: 罗阿理、李荫碧

来源: 中国科学院国家天文台

发布日期: 2019-04-10 07:30:00

文章介绍了《流浪地球》电影及其背后的科学概念,特别是关于“流浪星球”或超高速星的发现和研究。这些星体被认为是从银河系中心被超大质量黑洞抛射出来的,具有极高的速度,能够逃离银河系。文章还提到了中国自主研发的LAMOST望远镜在发现这些超高速星中的贡献。

2019年大年初一,中国首部科幻电影《流浪地球》全国首映。这部电影改编自刘慈欣的同名小说,讲述了一个发生在不远未来的故事。那个时候,太阳急速衰老,随时可能膨胀为一个红巨星,地球也即将被吞噬。在那危急存亡关头,地球上的联合共和国提出一个名为“流浪地球”的自救计划。

为此,人类在地球上建造了上万座重核聚变发动机,推动地球离开现有轨道,驶向距离太阳系最近的一颗恒星,地球也因此开启一段长达2500年的星际旅行。

地球从太阳的“魔掌”中挣脱,寻找宇宙深处另一个家园是作家大胆的想象和对人类未来美好的愿景。不过,地球和人类或许等不到那一天的到来就“卷入”另外的命运旋涡,比如银河系和仙女座星系的迎头相撞。

其实,刘慈欣展示的“流浪地球”并非假想,在浩瀚银河系中真实存在着这样的“流浪星球”。它们像地球逃离太阳的一样,挣脱了银河系的“控制”,在更加深邃的星际空间“游荡”,天文学家给这些稀有的“流浪星球”取名为超高速星。

科学上的重要发现一般分为两种情况:一种是先有理论预言再通过新的发现证实理论,另一种则是先有新的发现再从理论上试图给出合理的解释。超高速星的发现属于第一种。1988年,美国天文学家Hills首次预言并命名了超高速星,所以这个名字着实是个货真价实的“八五后”。

Hills预言:银河系中心超大质量黑洞通过巨大的潮汐力“拆散”周围的双星系统,其中一颗星被超大质量黑洞“捕获”,围绕着黑洞运动(称为“S星”),另一颗星则以非常高的速度被“抛射”出去,并最终从银河系“逃离”。因此,超高速星需要满足两个条件:一是诞生于银河系中心,另一个是具有能够从银河系逃逸的超高速度。

在银河系数以千亿的恒星中,绝大多数恒星都在以每秒钟几公里或者几十公里的速度围绕着银河系中心运动。对于能够从银河系“逃跑”的超高速星,它们应该至少以多大的速度运动呢?银河系不同位置处的逃逸速度不同,假设一颗恒星距离银心大约10千秒差距(约32,620光年),能够从此处逃离银河系的超高速星大约至少需要每秒钟600公里的速度。相比银河系中大多数普通恒星,超高速星的速度几倍甚至几十倍于它们。

2005年,美国天文学家布朗在蓝水平分支星中意外发现了第一颗超高速星,这是一颗已经“飞”到遥远银河系晕中的B型主序星,以超过每秒700公里的速度“逃离”银河系。还是2005年,德国天文学家艾德曼和赫希在银河系晕中相继发现一颗B型和一颗O型超高速星,不得不说,这一年是超高速星研究历史上的一个里程碑。

LAMOST是中国天文学家自主研制的第一台大规模光谱巡天望远镜,能够同时观测4000个天体,是目前世界上光谱获取效率最高的望远镜。LAMOST好像拥有4000个“小眼”的“复眼”,快速而敏锐的捕获深空中暗弱的光学信号。

2018年,国家天文台李荫碧等人在LAMOST观测数据中发现了一颗新的B型超高速星(LAMOST-HVS4)。研究团队发现:这是迄今为止使用LAMOST数据发现的距离银河系中心最远且视向速度(相对于银河系中心)最快的超高速星。这颗星被发现的同时,盖亚卫星发布了DR2数据。使用盖亚的数据,研究团队获得了LAMOST-HVS4迄今为止最可靠的自行数据。

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