正在阅读: 这些星球真的在“流浪”!
首页> 科普频道> 光明天文> 天文前沿 > 正文

这些星球真的在“流浪”!

来源:光明网2019-04-01 13:50

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  从《流浪地球》到 “流浪星球”

  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。

这些星球真的在“流浪”!

正在驶离太阳系的地球(图片来源:网络)

  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。

  流浪星球的预言

  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”。

这些星球真的在“流浪”!

超高速星逃离银河系的假想图(图片来源:网络)

  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。

  地球上运动速度最快的大概是飞机吧,假设它们的速度是每小时1000公里,那么超高速星的速度大约至少是飞机速度的2000多倍。怎么样,这样直观地比较,有没有让你感受到超高速星的“速度与激情”?此刻,笔者不禁浮想联翩,如果乘坐像超高速星那么快的飞机从北京前往纽约,只需要短短几十秒!

  在Hills理论基础上,更多动力学模型相继被提出,它们都试图解释“流浪星球”的“出身”问题。例如,中国天文学家于清娟提出的恒星与银河系中心双超大质量黑洞的动力学模型、美国天文学家瑞安提出的恒星、银河系中心超大质量黑洞和围绕着超大质量黑洞的恒星质量黑洞的动力学模型、以及加拿大天文学家阿巴迪提出的银河系潮汐力“撕裂”矮星系模型。不管哪种动力学模型,人们认为大约每一万年产生一颗超高速星。按照这个“生产效率”,距离银河系中心10 千秒差距的范围内,大约有1000颗超高速星。我们知道,这个范围内大约有1011颗恒星。这意味着每108个恒星中才出现一颗超高速星。

  还有一种被天文学家称为 “超高速逃逸星”的恒星,它们同样能够逃离银河系。与Hills的定义不同,“超高速逃逸星”诞生于银盘上致密的恒星团中。如果将超高速星的定义宽泛到:能够从银河系逃逸而不考虑“起源地”和产生机制,那么“超高速逃逸星”无疑是超高速星中的一类。理论研究表明:与超高速星相比,“超高速逃逸星”的数量更加稀少。银河系晕里,大约每100颗超高速星中才有一颗“超高速逃逸星”,它们一般沿着银盘转动方向被“发射”出来的,其中约90%分布在银纬小于25度的区域。

  那些年发现的你们

  诸多理论预言“流浪星球”的存在后,天文学家们当然希望能尽早发现它们。然而,捕获超高速星这个银河系“逃犯”犹如大海捞针,科学家们勤勤恳恳工作之余需要好运气的“关照”。好在,人类是幸运的。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。

  历经十多年的努力,超过20颗“流浪星球”被发现,它们都是已经“飞”到遥远的银河系晕中的早型恒星(光谱型为O,B或者A型)。这种情形下,人们不禁会问,为什么一颗光谱晚型(F/G/K/M)超高速星都没有找到呢?这样的恒星是否真的存在?带着诸多疑问,在国内外多位研究人员的努力下,几十颗晚型超高速星候选样本先后被发现。不过,未来更加精确的自行和距离测量才能证实它们到底是不是“流浪星球”。

  2018年4月底,欧洲航天局发射的盖亚卫星(Gaia)发布了迄今为止最精确的距离和自行测量数据。结合盖亚数据系统发现 “流浪星球”的多个项目已经启动,相信在不久的将来,更多早型超高速星将被发现,关于晚型超高速星的秘密也将被揭开。

  LAMOST让我 “邂逅”你

  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。与昆虫的复眼不同,LAMOST的 “小眼”获得的是4000个不同的信号,而昆虫的“小眼”获得的是同一个信号的不同部分,复眼需要“整合”所有“小眼”的信号才能获得一个完整的信号。

这些星球真的在“流浪”!

夜空下的LAMOST(图片来源:LAMOST运行与发展中心)

  2014,美国犹他大学的研究团队在LAMOST第一年的数据中发现了一颗银河系晕中的B型超高速星。三年后,北京大学研究团队在LAMOST一期巡天的数据中又发现了2颗银河系晕中的B型超高速星。

  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。遗憾的是,由于距离太遥远,盖亚卫星并未提供这颗星可靠的距离测量,研究团队只能使用其它方法估算距离,并计算它在银河系中所处的位置和空间运动速度等。

这些星球真的在“流浪”!

盖亚卫星(图片来源:https://en.m.wikipedia.org/wiki/Gaia_(spacecraft))

  对于“流浪星球”而言,研究它们的“出身”是非常重要的,这项工作可以帮助天文学家弄清楚到底什么样的物理过程为这颗星提供了如此大的能量,让它们以如此高的速度奔向宇宙深处。研究“出身”问题需要做大量的模拟实验,研究团队使用国家天文台网络中心提供的阿里云服务器以并行运算方式快速高效完成实验,结果显示:这是一颗从银盘(太阳附近)产生的B型超高速星,准确地说是一颗“超高速逃逸星”。

  这是LAMOST发现的第一颗“超高速逃逸星”,此前仅有三颗此类恒星被报道。与理论预言一致,LAMOST-HVS4几乎沿着银盘转动的方向被“喷射”出来,它被抛射的方向与银盘运动方向的夹角是此前报道过的“超高速逃逸星”中最小的。“超高速逃逸星”与银心“诞生”的超高速星一样,是人们研究银河系的重要天体,它们可以用来寻找新的恒星形成区以及研究银盘结构等问题。

  迄今为止,4颗早型“流浪星球”已被LAMOST捕获,几十颗晚型“流浪星球”候选样本被LAMOST发现。随着项目的继续深入,我们有理由相信:更多像“流浪星球”一样有趣而重要的物理现象将不断被LAMOST发现,中国自主创新研发的望远镜将在人类天文学研究历史中留下浓墨重彩的一笔。

这些星球真的在“流浪”!

国家天文台-阿里云天文大数据联合研究中心云服务示意图(图片来源:国家天文台信息中心)

  作者介绍:罗阿理,系中国科学院国家天文台研究员,博士生导师,LAMOST运行与发展中心数据处理部主任,主要从事海量天体光谱分析等领域研究;李荫碧,系中国科学院国家天文台副研究员,主要从事超高速星以及海量光谱分析等领域研究。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 逐梦海天 青春滚烫——记海军山东舰起降保障中队

  • 创新潮涌链博会

独家策划

推荐阅读
从意大利实验室到西北农学院,从抗战时期到和平年代,周尧用70年时光让中国昆虫学从5%的定名权走向自主。
2025-07-18 09:06
记者从会上获悉,截至今年6月,我国每万人口高价值发明专利拥有量已达到15.3件,提前实现“十四五”规划预期的12件目标。
2025-07-18 09:04
而在此次观测中,天文学家发现,在HOPS-315及其周围的原始星盘中,不仅存在固态的结晶矿物,还存在气态的一氧化硅。
2025-07-18 09:04
旨在充分发挥计量支撑产业新质生产力发展的基础保障作用,推动“溯源链、创新链、产业链”融合发展,使计量成为促进产业新质生产力发展的催化器和引擎。
2025-07-18 09:04
该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构,构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱,
2025-07-18 04:30
太阳是地球气候系统的主要能量来源,其活动通过总辐射、紫外辐射、高能粒子沉降等多种形式影响地球大气。近年来,我国夏季降水雨带呈现出持续北移的趋势。
2025-07-18 04:30
人机语言交互的“温度”,其核心在于能否实现情感共鸣、文化适配与价值传递。语言不仅是信息符号,更是心灵沟通的桥梁。为冰冷的代码注入人文温度,需在技术突破与设计理念上双轨并进。
2025-07-17 04:30
近日,中国科学院海洋研究所万世明团队,基于海洋沉积物中的黑碳记录,重建了过去30万年以来东亚北部的古火演化历史,结合欧洲、东亚、东南亚及澳大利亚区域的记录以及考古遗址大数据,发现现代人类大规模用火始于约5万年前。
2025-07-17 04:30
在飞行器大家庭中,有一类特别的成员——翼伞。它们没有刚硬的机翼,却凭着一片巨大柔软的“翅膀”,借助风力优雅地翱翔于天际;它们结构看似简单,却蕴含着空气动力学的精妙智慧。翼伞是融合古老降落伞原理与现代智能科技的独特柔性无人飞行器,包含翼、控制系统、负载,如果加上推力系统,就可化身为伞翼无人机。
2025-07-17 04:30
近年来,移动电源行业呈现出较为迅速的发展趋势。与此同时,移动电源安全事故频发,严重威胁消费者生命财产安全。通过制定强制性国家标准,
2025-07-17 03:55
由该院枸杞科学研究所联合中国林业科学院林业研究所编制的《枸杞属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南》获得国际植物新品种保护联盟通过。
2025-07-17 04:00
武汉华大生命科学研究院联合南方科技大学等单位,在单细胞水平上成功解密了拟南芥叶片衰老的过程。
2025-07-16 10:44
不只是产量最大,“深海一号”大气田还是我国迄今为止自主开发建设的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大的深水气田。
2025-07-16 10:42
我国正研制《卓越工程师培养认证标准》,该标准是保障卓越工程师培养从“样板间”走向宏大队伍的基础。
2025-07-16 10:39
七月下半月和八月上半月是我国主汛期的最重要阶段,应急管理部指导各地加强灾害风险隐患信息报送队伍建设,开展广泛培训,目前总人数已达115万人。
2025-07-16 10:25
为强化未成年人网络保护,营造良好网络环境,近日,中央网信办印发通知,在全国范围内部署开展为期2个月的“清朗·2025年暑期未成年人网络环境整治”专项行动。
2025-07-16 10:23
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
加载更多