几百年前,人们都相信太阳是围绕地球转动的。等待哥白尼告诉世人全新的答案后,人们又相信太阳是纹丝不动的。
直到后来利用更新的技术发现了银河系全貌,人们才又明白原来太阳乃至整个太阳系,也在绕行银河系做运动。
时至今日,科学家又发现了另一种恒星。相对于太阳等常规时速的恒星,新发现的恒星速度可以达到更快,它们在银河系中“疯狂飙车”,90秒就能绕行地球一圈,不到一刻钟就能从地球飞到月球,在遇到黑洞时,甚至能够以8%的光速逃离。
这种恒星,也就是在21世纪才被证实存在的超高速星。
坐地日行6000万公里
常规的恒星,每小时的运动里程在80万公里左右,超高速星,每小时的速度可达250万公里左右。以地球的24小时来计算,一天就能运动6000万公里。
每秒钟来计算,它的速度可达到1000公里左右。迄今为止,还没有别的恒星能超过超高速星的速度。因此,这类恒星可以轻松摆脱来自银河系这样的星系束缚,它不用被束缚在轨道上做绕行运动,能轻易脱离星系飞向广袤宇宙。
2018年,我国研制的郭守敬望远镜,又证实了5颗超高速星的存在。截止到目前,全世界发现并确认的超高速星,也只有20多颗。
那么问题来了,超高速星为何能够不受引力的束缚,可以在宇宙内快速“飙车”呢?科学家认为,这跟黑洞以及它所产生的潮汐场有关。
以银河系为例,科学家普遍相信,在星系的中心是一个超大质量的黑洞,银河系的所有天体都在围绕黑洞运行。
恒星这样的天体一旦靠近黑洞处在其影响范围内后,黑洞就会被天体本身产生引力潮汐作用。
而一旦是双恒星靠近黑洞的位置后,引力可以轻易俘获其中的一颗恒星,而另外一颗恒星因为角动量守恒的原因,不会被同时吸入黑洞,反倒会产生一种强大的向外力量,被黑洞“抛射”出去。
该恒星被抛射出去后,原来的双星系统模式便不复存在,这颗恒星从此就具备了超高速的能力。
所以简单来理解,超高速星的超高速能力,事实上是黑洞赋予的。值得一提的是,黑洞并非超高速星形成的关键因素,双恒星系统才是关键因素。
以银河系为例,此前科学家发现的超高速星,多数都位于银河系中心即靠近黑洞的区域。但也有一些超高速星,科学家却发现它们位于其他区域。
比如在2005年,英国的一个科研团队,在银河系的银盘附近发现了一颗超高速星。后来经过研究发现,这颗星不是在黑洞的作用下形成的,成因是超新星的爆炸。
同样作为双星系统,另一半走到了生命终点,在超新星爆炸的那一刻,强大的力量将另一颗恒星抛射了出去。
另一颗还活着的恒星,其速度达到了银河系的逃逸速度,从此它挣脱束缚成为了一颗超高速星,而后飞向了宇宙的深处。
综上所述,黑洞的作用,以及超新星的爆炸,都会让双星系统中的一颗恒星,变成超高速星。
不过,这两种模式并不能解释全部超高速星的形成。目前还有一些已发现的超高速星,用上述两种观点无法进行解释,还需要科学家做进一步研究。
值得一提的是,不管是哪种理论,借助理论本身发现超高速星的概率都很低。再者,超高速星原本速度就非常快,现有的观测仪器,捕捉超高速星的难度很大。
这也是为什么,超高速星发现数量少,而且直到21世纪才被证实存在。
2005年的意外发现
超高速星的理论,直到上世纪80年代才出现。而它出现的理论基础,也跟星系中央的超大质量黑洞研究有关。
科学家相信,凡是有核球的星系,它的中央位置都存在超大质量黑洞。正是根据这一理论基础,到1988年,科学家Hills提出一个全新的观点。
超大质量黑洞一旦和双星系统相互发生作用,其中一颗恒星就会被抛射出去,而且它接下来的速度便会加快,Hills将这种恒星称为超高速星。
而且他还做出语言,一旦在未来发现超高速星,便能证实星系中央超大质量黑洞的存在。不过在此后的十几年里,科学家并没有什么新的发现。
时间来到2005年,国外研究人员在观测分析新发现的36颗天体时,首次发现了超高速星的存在,它位于银河系的银心区域,属于晚B型恒星。
也是在这一年,另外两个科研团队,分别从100颗O型亚矮星和B型亚矮星中,发现了两颗超高速星,两颗星的编号为US708和HE0437。
一时间发现了3颗超高速星,由此点燃了科学家的搜寻热情。而且超高速星的发现,对于研究银河系的中央位置,以及研究暗物质晕的结构等问题,提供了具体的方法和手段。
而从起初的发现来看,完全属于意外收获。
还在2003年时,Brown的科研团队,利用6.5米多镜面望远镜来观测分析36颗恒星。这些天体此前已经被发现,彼时的进一步观测研究是随机挑选的。
在接下来的观测中,科学家发现了其中一颗恒星不一样。第一颗超高速星,被命名为 SDSS J090744.99+024506.9。此后,另一组科研人员又发现了第二颗SDSS J093320.86+441705.4。
随着第三颗超高速星的发现,起先的理论不但得到了验证,而且围绕该天体的研究,也步入了更快速的实证阶段。
超高速星的系统搜索
第一个发现超高速星的科研团队,随后又开启了搜寻工作。此后,这一组科学家从SDSS、DR4、DR5、DR6、DR7 和 DR8 的测光数据中又确认了15颗新的超高速星。
这15颗超高速星原先都位于银河系,此后也都逃离了星系的束缚,以极快的速度在宇宙里飘荡。
而另外一个科研团队,又从10000颗晕星样本中,发现了一颗大质量超高速星。
值得一提的是,两个科研团体此前的发现,都没有找到小质量的超高速星。科学家于是据此分析,在银河系的银心区域,可能更有利于大质量恒星的产生,而小质量超高速星或许根本不会存在。
还有一种观点认为,小质量超高速星不是不存在,而是因为样本太多,淹没在其中使得科学家还没有发现。
因为在银河系中,小质量的恒星一旦步入中老年阶段,相关特征和小质量超高速星是相似的。
对科学家来说,要从相似的测光、质量、年龄、光谱特性中去分辨小质量超高速星,工作难度非常大。
虽说工作难度很大,但科学家并没有停止搜索的脚步。不过在接下来的搜索工作中,小质量的超高速星未出现,倒是让科学家又意外发现了贫金属的超高速星。
候选样本群体有19颗,属于F性和G型贫金属恒星,通过高分辨光谱观测,最终又确认了3颗超高速星。
这3颗新发现的,属于恒星演化晚期的sdO型恒星,相对于其他恒星,这类天体的年龄相当古老。对科学家来说,这类恒星是研究银河系引力势模型的有力工具。
除了国外的研究和搜索外,我国科学家在2014年,也发现过一颗超高速星,它距离地球有4万多光年,是当时发现的距离地球最近的超高速星。
该超高速星被发现时,正以每小时170万公里的速度,快速远离银河系的中心。它的质量超过了太阳9倍,亮度是太阳的3400倍。
虽然它的亮度很高,可由于距离我们太远,所以在地球上用肉眼是看不到的。彼时,它已经远离银河系中心6万多光年了。
按照它的速度,它用90秒就能绕行地球一圈,不到一刻钟就能从地球飞到月球。所以说,超高速星的高速是名不虚传的。
搜索一直在持续,科学家关于超高速星的形成,也在不断提出新的观点。
它们可能来自大麦哲伦星云
迄今为止,包括我国新发现的超高速星,总数量有20多颗。此前,黑洞以及超新星爆炸,是超高速星诞生的诱因。2017年前后,有科学家又提出了一种新的理论。
新的理论是剑桥大学的道格拉斯提出的,虽然他在2017年还是一名博士生,但他质疑此前的黑洞成因是错误的。
道格拉斯提出一种看法,这些超高速星不但不是因为黑洞形成的,而且极有可能不是来自银河系。它们是从银河系的外部,大麦哲伦星云里诞生后飞进银河系的。
他的观点是,如果超高速星真的是在银河系中心区域形成的,那么它们应该散布在银河系的各处才是。
然而迄今为止,所有发现的超高速星,都集中出现在狮子座和六分仪座的区域。而大麦哲伦星系运行的速度本来就很快,从该星系内高速喷射出一颗恒星,之后运动并进入到了银河系内。
而且他还认为,银河系中至少有1万颗超高速星,只不过它们的速度太空,观测仪器有可能捕捉不到。这些超高速星还可能会爆炸,之后有可能形成中子星或者黑洞。
这一新的理论是否正确,还有待于科学界做进一步的研究。
结语
在科学家看来,超高速星的发现本身就很有意思,它们从银河系的中心区域飞出来,这可以帮助科学家去推测那些区域曾经发生了什么。分析它的成分和轨道特征,也有助于了解银河系本身更多。
它们在持续逃离银河系,作为一个从超大星系中的离群者,在“逃亡”的路上又会发生什么?最终会止步于何处?期间会不会跟其他恒星天体发生碰撞?这些都需要科学家继续深入研究。
有科学家形容,这些高速逃离银河系的恒星,就像当年漂流在大西洋上的哥伦布船队。作为漂流者,它们游荡于银河系之外,又有可能到达其他星系。而星系与星系之间,何尝又不是地球上被大洋隔绝的大陆呢。
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