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天文科普:《自然》——这个关于银河系的基本认知,被完全推翻了

来源:BRIGHAM网 编辑:休闲 时间:2023-01-30 13:52:24

银河(图片来源:Pixabay)

一向以来,天文推翻人们在对银河系停止研讨时,科普都以为个中的自然知被星际气体是异化平均的。一方面,个关这是河系由于以往不雅测技艺的限制;另一方面,看上往“虚空”浩渺的完全近视眼手术可以泡澡吗星际空间,似乎也让这个假定看起来合理。天文推翻一项最新的科普天文学研讨却推翻了这个传统不雅念:银河系不只不是平均的,甚至很“混乱”,自然知被不合地域的个关成分能够差异庞大年夜。这也通知我们,河系茫茫宇宙中还有没有穷的完全微妙等候人类索求。

编译 | 李诗源

审校 | 王昱

数以亿万级的天文推翻刺目扎眼恒星织成了银河,装点了阴霾的科普夜空。在这些彼此相距迢远的自然知被恒星之间,也并非是近视眼手术眼部水肿完全的“真空”,而是充满着星际介质。个中的一个重要成员,就是由恒星供献的“金属”——在天文学里,全部比氦更重的元素都统称为金属。当恒星与世长辞,并以爆炸完成华美的谢幕时,它们会将自身发生的金属(如铁、锌、碳和硅等)以原子情势放射出来,释放到星系介质的气体中。

除了来源于恒星的金属以外,星际介质中还有两个重要成员。恒星放射出的金属会逐渐凝缩成尘埃颗粒,尤其是在星系中较为冷冷和致密的地域。而来源于星系间、娄底激光近视眼手术被吸入星系的原初气体(pristine gas)不含金属,其重要成分是氢,也含有大批的氦。原初气体为星系供应了奇异的“补给”,同时也为新恒星构成供应了原料。

在上百亿年前,银河系出身之初,个中是不含金属的,而恰是恒星释放的金属丰厚了银河系状况的成分。懂得银河系中的气体和金属成分,可以资助人们更好地懂得其汗青和演化进程。

实际上,星际介质中的金属丰度可以用极紫外接纳光谱测量。但由于尘埃中的金属元素呈固态,而非可不雅测的近视眼手术久恢复气态,所以迷信家没法对太阳临近以外的地域的金属丰度作出准确测量。是以,现有的星系实际模型默许,星际介质中的三种成分(来源于恒星的金属、尘埃和来源于星系间的原初气体)是平均异化的,并且在银河系的大年夜局部地域,金属丰度都与太阳大年夜气层中(即太阳金属丰度)相当,但在银河系中心肠区,由于恒星散布更为密集,金属丰度略高。

但是近日,一支由瑞士、美国、智利和法国天文学家构成的研讨团队在《自然》上揭橥了他们最新的研讨效果,注解银河系中星际介质的静逸近视眼手术成分并未像此先人们所想的那样是平均异化的。相反,银河系的不合地域,金属丰度存在剧烈的坚定。这项发明能够对现有的星系演化实际发生重要影响,也意味着对银河系演化停止摹拟的模型也许需要修改。

新的不雅测技艺

研讨团队运用了哈勃空间看远镜、甚大年夜看远镜(VLT)等的不雅测数据,对银河系中的25颗恒星光谱停止了研讨。“当我们不雅测恒星时,恒星和不雅测者之间的气体中的金属会接纳微量的、特定频率的光,这一特点接纳光谱,不只可以让我们得知金属的存在,还可以通知我们其种类和丰度。”索尔邦大年夜学巴黎天体物理研讨所的帕特里克·珀蒂让(Patrick Petitjean)解释道,他也是这篇论文的作者之一。这些恒星与太阳的距离都不跨越3千秒差距(1秒差距≈3.26光年)。

研讨不雅测的恒星与太阳的相对位置及金属丰度。(图片来源:原论文)

校订以往不雅测中尘埃对金属丰度测量的影响,研讨团队开拓了一种新的不雅测技艺,个中运用了两种自力的方法来估量尘埃对不雅测效果的影响。“这项技艺经由进程同时不雅测多种元素,例如铁、锌、钛、硅和氧,将气体和尘埃的总成分归入剖析。然后,我们就可以追踪尘埃中的金属含量,并与此前的不雅测猎取的数据叠加,获知总的金属丰度。”研讨人员对此解释道。

并不平均的银河系

效果令研讨团队以为不测:不合的恒星金属丰度并不相同,其差异可以跨越一个量级。个中,丰度最低的仅为太阳的17%,最高的则跨越太阳的180%。此外,大年夜约2/3的恒星金属丰度都低于太阳金属丰度,平均金属丰度为太阳的55%,这也与此前的不雅点,即银河系中遍地的金属丰度都与太阳相当,有很大年夜的进出。此外他们还不雅测到,这类不平均性的散布跨度可以跨越数十秒差距。不过,他们没有发明金属丰度和恒星与银河系中心的距离有清楚的接洽关系。

研讨人员以为,落入银盘中的原初气体与金属丰度较高的星际介质的异化,能够形成不雅测到的金属丰度较低。这些原初气体的金属丰度极低,它们落入银盘时构成了高速云团难以有效地与星际介质异化,能够最终形成了星际介质金属丰度散布的不平均。而今的不雅测效果也注解,银盘吸入原初气体的速度远高于发生和坚持这类不平均性的需求。也就是说,原初气体的云团能够特别很是罕见,并且能解释研讨的效果。

此前迷信家们以为,原初气体与星际介质可以高效地异化。但这一新的发明注解,这一进程并没有那末高效矫捷,能够的缘由原由之一是,介入异化的不合组分之间的物理特点差异庞大年夜。

原初气体(洋白色)被吸入银盘中,但它们并不克不及和银河系星际介质异化平均。(图片来源:Dr Mark A. Garlick)

金属在恒星、宇宙尘埃、分子和行星的构成中起到了基本性的感染。这一研讨,也让迷信家们末尾展看未来的银河系研讨。“这项发明,对构建关于星系构成和演化的实际模型发生了庞大年夜影响。”研讨团队的成员之1、日内瓦大年夜学天文学院的延斯-克里斯蒂安·克罗加格(Jens-Kristian Krogager)走漏表示,“往后,我们要进一步选拔分辨率,让摹拟变得更精细,将银河系不合地域金属丰度的差异归入琢磨。”


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