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

  • 中国女队首夺“消防奥运会”冠军

  • 江苏无锡:大运河畔非遗续传承

独家策划

推荐阅读
10日,首批6辆身着轻薄碳纤维复合材料“外衣”的重载铁路货车缓缓驶出生产线,展现出轻量化智能化的“科技范”,标志着全球首批碳纤维复合材料轻量化重载铁路货车正式下线。
2024-09-11 04:25
近年来,随着深度神经网络技术特别是AI(人工智能)算法模型的出现,AI绘画加速发展。AI绘画是继CG绘画(计算机生成绘画,即在平面设计软件辅助下进行绘画)、DSE绘画(数字特效绘画,
2024-09-11 04:25
NGC 4278具有致密的对称射电喷流结构和相对较弱的射电辐射,但其甚高能伽马射线辐射效率却显著高于射电星系,与耀变体相当。
2024-09-11 09:57
记者10日从中国航天科技集团六院获悉,当天,该院165所铜川试验中心亚洲最大高空模拟试验台考台圆满成功。
2024-09-11 09:56
9日,中国科技评估与成果管理研究会、科技部科技评估中心联合中国科学技术信息研究所在2024浦江创新论坛上发布《中国科技成果转化年度报告(高等院校与科研院所篇)2023》和《中国科技成果转化年度报告(高等院校与科研院所篇)2024》。
2024-09-11 04:25
党的二十届三中全会强调,“完善扩大消费长效机制”。消费是满足人民对美好生活向往的直接体现,更是拉动经济增长的重要引擎。习近平总书记多次强调,“要增强消费能力,
2024-09-10 04:10
超慢速扩张洋中脊的岩浆是极度贫瘠还是丰富,一直以来都是困扰科学家的难题。传统观点认为,超慢速扩张洋中脊的岩浆供给极度贫瘠。然而,最新的研究成果颠覆了这一观点。
2024-09-10 10:23
传统制造业在数字化转型中常常难以找到满意的服务商,服务商有时也无法及时了解企业需求、取得企业信任。
2024-09-10 10:20
在广袤的黑土地上,吉林省正通过实施一系列保护性耕作技术,守护着“耕地中的大熊猫”。
2024-09-10 10:17
国家天然气基础设施互联互通重点工程——国家管网集团天津LNG(液化天然气)接收站二期项目9日正式投产。投产后天津LNG接收站正式迈入千万吨级LNG接收站行列,
2024-09-10 04:10
国家林草局动植物司司长王维胜介绍,我国本着统筹就地保护与迁地保护相结合的原则,启动北京、广州等国家植物园体系建设。
2024-09-09 10:16
与MCN一起打造出海内容繁荣生态。
2024-09-10 10:20
正是中国力量,让今天的中国铁路网覆盖全国99%的20万人口以上城市,高铁网覆盖96%的50万人口以上城市,成为现代化中国壮阔征程上的绚丽篇章。
2024-09-09 10:14
在科学教育的过程中,还需重视培养科学家精神和工匠精神,培养青少年在创新过程中的自信心。
2024-09-09 10:09
朱先生一生科研硕果累累,获奖20余项,发表论文210多篇,研究成果形成了五本专著。
2024-09-09 10:05
“两弹一星”精神是中国共产党领导中国人民在20世纪创造的宝贵精神财富,是爱国主义、集体主义、社会主义精神和科学精神的生动体现,成为支撑科研事业发展的不竭动力。
2024-09-09 09:58
通过三代核电自主化,中国正实现对国际最高水平的赶超,助力“双碳”目标实现。
2024-09-06 08:50
中国人民银行信贷市场司司长彭立峰给出一组亮眼数据:过去5年,我国科技型企业贷款的年均增速是20%,是贷款平均增速的近2倍。
2024-09-06 08:48
作为离地球较近且环境最相似的星球,火星一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。
2024-09-06 08:46
基于此成果,华大目前已联合香港理工大学,成立香港理工大学—华大·全球深海资源基因组学和合成生物学联合研究中心,实施进一步研发和产业化。
2024-09-06 08:45
加载更多