宇宙流浪者

作者: Mathilde Fontez

来源: 新发现杂志

发布日期: 2022-05-16 12:22:50

天文学家不断发现一些天体离群索居,在广袤的宇宙空间中游荡。这些流浪星体有着曲折离奇的命运,如被抛出原星系的落魄黑洞和脱离尘埃茧庇护的恒星。它们在宇宙中担当着关键角色,影响了宇宙的传统布局和星系的形成。天文学家通过模拟实验和天文望远镜观测,揭示了这些流浪天体的存在和重要性,它们不仅是宇宙的塑造者,还可能成为生命形态散播的依据。

天文学家不断发现一些天体离群索居,在广袤的宇宙空间中游荡。而它们的数量如此众多,在浩瀚宇宙中甚至担当着某些关键角色。它们有着曲折离奇的命运:在黑暗的星际空间游荡的小行星,脱离尘埃茧庇护的恒星,被抛出原星系的落魄黑洞……它们全都是流浪星体。起初,天文学家发现了第一个,继而10个、100个……难以计数的流浪身影进入了天文望远镜的视野,讲述着一则则心酸往事。那宇宙的传统布局岂不是被它们搞乱了?

在我们所想象的宇宙里,行星绕着恒星转,恒星与其他同伴蜗居在星系里,星系则定居在星团中,一切井然有序……但事实并非如此,宇宙里还有许多编外恒星、星际流浪者以及被赶出家园、流离失所的星系际避难者。如今,这个边缘的群体已一跃成为宇宙史诗的领衔主演了。被驱逐的恒星先请看下图右上的30 DOR #016(剑鱼座30星云的第16号星)。

天文学家研究了它的光线后发现,它刚一诞生便从“温暖的摇篮”气体茧中被赶了出去。原因可能是与其中一颗姊妹星距离太近,运行轨迹发生改变,因此被以40万千米/时的速度甩向蜘蛛星云(剑鱼座30的星云别称)以外的空间。而图中的蛇夫座ζ(天市右垣十一,又名韩)则是在它的双子星死亡的时候被扫地出门的。这又是怎么回事?

天文学家研究了它的轨道和速度,并于2011年得出结论:过去,它曾经有一个同伴,一颗大质量恒星,但过早地在一次大爆炸中死亡,剩余的残骸与蛇夫座ζ一起以100万千米/时的速度被甩出。如今,它只能在星际尘埃中左冲右突寻找出路。至于当前位于剑鱼座的HE 0437-5439(右下),则可谓大难不死。1亿年前,她和另外两颗姊妹星在银河系中心附近运行时,掠过银河系中央的超大质量黑洞人马座A*。

这个饕餮恶魔想把姐妹仨一口吞掉……然而最大的那颗星慷慨地牺牲了自己:她舍身被黑洞“咬”住,但把自己的动能转到了两个妹妹身上,将她俩以异乎寻常的250万千米/时的速度推离险境。在疯狂的逃亡中,幸存者最终并合,一颗崭新的流浪天体从此诞生。现在,她即将脱离银河系。绝非罕见很久以来,专家们都设想这些流亡天体存在。

经过不断地模拟实验,他们终于总结出导致孤独天体产生的临界条件:濒临死亡的恒星能够将附近的其他恒星向四面八方驱散;超大质量黑洞能将邻近的天体以每小时数百万千米的速度弹射出去;由星系对撞产生的旋涡能够把一团团恒星抛向星系际空间;巨行星可以改变彗星的运行轨道直至使它脱离本来的恒星……原理早就在那儿摆着:三颗恒星彼此围绕运行,形成一个随时可能瓦解的混沌系统,三者之中谁的质量越小,谁就越有被抛掷的可能……“20年来,我们对各种星体抛掷的可能性进行了建模。

”哈佛大学天体物理学家雷恩·奥莱利(Ryan O’Leary)介绍道,“但目前我们只找到了被抛出的天体。天文望远镜观测表明,有此遭遇的星体绝非罕见!”每个月都会有一些新的名字出现在这份“太空流浪者”的名单里,它迄今已收入几十个星系、800颗恒星,几十颗彗星、10多颗行星、两个黑洞以及一个超大质量黑洞。“在宇宙的各级天体之间有着大量的交流。

”法国原子能与可替代能源委员会(CEA)天文学家皮埃尔-阿兰·杜克(Pierre-Alain Duc)指出,“借助广角镜头,我们把目光投向星团之间、星系之间的空旷区域……那里是我们的盲点所在,因为我们以前只注意到了发光的天体。

”告别太阳系的彗星2010年,天文学家曾亟不可待地欣赏它那光彩夺目的碧色慧发,因为以后可能再也见不到它了:C/2009 R1彗星因运行时过于靠近一颗气体行星导致轨道偏斜,正在脱离太阳的引力。它的气体已经停止雾化,美丽的彗尾彻底消失。不久以后,它就会沦为宇宙中一块游荡的大石头。第五颗气态巨行星?终于,天文学家意识到这一现象规模宏大。初步的统计显示,对于一个星体来说,离开它原本所在系统一点也不稀奇。

同在CEA工作的天文学家菲利克斯·米拉贝尔(Felix Mirabel)认为,银河系的上千亿恒星中的大部分都有过被逐出故土的经历。皮埃尔-阿兰·杜克则认为,有五分之一的恒星独来独往。日本天文学家住贵宏在普林斯顿大学研究期间通过计算得出,银河系中的流浪行星应与流浪恒星一样多。

而美国天文学家哈盖·佩列茨(Hagai Perets)通过建模,提出围绕恒星运转的行星中,有3%~6%是流浪了上百光年后才被恒星系接纳的,而泄露这些远古流浪者身份的是它们略微倾斜的运转轨道……就连我们的太阳系本身也有可能是这种天体间交流的结果!

根据哈佛-史密森尼天体物理中心康斯坦丁·巴迪金(Konstantin Batygin)的计算,地球公转轨道相对于太阳赤道的7°倾角表明太阳曾有一个伴侣,最终在太阳系行星形成后被抛向了远方。

目前,有关太阳系形成历史的官方表述源自法国蔚蓝海岸天文台亚历山德罗·莫比德利(Alessandro Morbidelli)的模型,其模拟结果有望更为接近现实,条件是假设当初与木星、土星、天王星、海王星在一起的还有第五颗巨行星,但它后来被驱逐,换来了太阳系的稳定。因此,或许在茫茫宇宙的某个角落,有这么一颗曾与太阳为伴的恒星和一颗与地球同时形成的气态行星仍在寻觅新的家园。

可见,天文学家意识到这些流浪天体的重要性完全是情理之中的事:尽管一生飘零,但它们的影响力不容忽视。“我们试图解释环绕某些星系的奇特气体丝是怎么回事。人们一度认为该现象与脉冲星有关,这些处于演化末期的巨大恒星会喷出强大的物质流。”皮埃尔-阿兰·杜克解释道,“而实际上多数情况下,气体丝是恒星被抛出星系时撕扯出来的!”现在,天文学家一碰到轮廓变形的星系,就立刻怀疑是流浪天体所致。

它们的光芒被用来解释宇宙是如何在诞生几亿年后突然产生电离气体的,它们甚至还被用作探测器。“流浪天体为我们提供了许多星团内恒星的信息,它们的运行轨迹透露了那些用天文望远镜无法探测到的气体的存在……”英国爱丁堡大学天文学家文森特·埃诺-布鲁奈(Vincent HenaultBrunet)指出。流亡的黑洞几亿年前,XTEJ1118+480这颗大恒星还在闪闪发光。

它居住在银河系中心,拥有数亿恒星邻居,其中一位质量实在太大,很快耗尽了燃料,熄灭时的冲击波将XTEJ11118+480以50万千米/时的速度推走……后来XTEJ1118+480自己也走到了生命尽头,发生爆炸后坍缩,随之衍生的强大引力场使任何光线都无法射出——它变成了一个流浪的黑洞。目前,XTEJ1118+480已逼近银河系光晕带,再往前就是浩瀚的星系际空间了。

流浪的星星翻身了至于那些迷途的行星和彗星,它们或将成为星系尺度的泛种论(panspermia)——猜想各种生命形态存在于全宇宙,并借着流星与小行星散播、繁衍的假说——的重要依据。日本京都产业大学原哲也在2012年进行的一次模拟实验表明,成千上万的地球岩石仅需100万年就能抵达位于天秤座的格利泽581,而围绕这颗恒星运转的一颗行星上可能蕴含液态水。“该结果意义重大。

这就意味着生命只需在25个不同的地方出现,就有可能扩散到整个银河系。从前的研究一直低估了行星系统之间的物质交换。”原哲也总结说。形势发生了微妙的逆转,边缘群体摇身一变成为主流……它们成了宇宙的塑造者,成了宇宙中的灯塔,成了宇宙记忆的保存者,成了开天辟地的神明。总之,流浪的星星翻身了。未能并合的超大质量黑洞CID-42是一次意外星系并合的受害者。

天体物理学家的模拟显示,两个星系相遇后会并合,直到变成同一个星系;而位于两个星系中央的超大质量黑洞也会融合,形成一个体积庞大、足以掌控整个星系的巨无霸黑洞……然而CID-42却带着两个超大质量黑洞以500万千米/时的速度被抛至星系际空间!导致这一反常事件的原因至今还是一个谜。

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