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每秒超1000公里!這種恒星,黑洞吞噬它時,居然以8%的光速逃離
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2024.04.01 廣東

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幾百年前,人們都相信太陽是圍繞地球轉(zhuǎn)動的。等待哥白尼告訴世人全新的答案后,人們又相信太陽是紋絲不動的。

直到后來利用更新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)了銀河系全貌,人們才又明白原來太陽乃至整個太陽系,也在繞行銀河系做運(yùn)動。

時至今日,科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了另一種恒星。相對于太陽等常規(guī)時速的恒星,新發(fā)現(xiàn)的恒星速度可以達(dá)到更快,它們在銀河系中“瘋狂飆車”,90秒就能繞行地球一圈,不到一刻鐘就能從地球飛到月球,在遇到黑洞時,甚至能夠以8%的光速逃離。

                                                       '

這種恒星,也就是在21世紀(jì)才被證實存在的超高速星。

坐地日行6000萬公里

常規(guī)的恒星,每小時的運(yùn)動里程在80萬公里左右,超高速星,每小時的速度可達(dá)250萬公里左右。以地球的24小時來計算,一天就能運(yùn)動6000萬公里。

每秒鐘來計算,它的速度可達(dá)到1000公里左右。迄今為止,還沒有別的恒星能超過超高速星的速度。因此,這類恒星可以輕松擺脫來自銀河系這樣的星系束縛,它不用被束縛在軌道上做繞行運(yùn)動,能輕易脫離星系飛向廣袤宇宙。

2018年,我國研制的郭守敬望遠(yuǎn)鏡,又證實了5顆超高速星的存在。截止到目前,全世界發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的超高速星,也只有20多顆。

那么問題來了,超高速星為何能夠不受引力的束縛,可以在宇宙內(nèi)快速“飆車”呢?科學(xué)家認(rèn)為,這跟黑洞以及它所產(chǎn)生的潮汐場有關(guān)。

以銀河系為例,科學(xué)家普遍相信,在星系的中心是一個超大質(zhì)量的黑洞,銀河系的所有天體都在圍繞黑洞運(yùn)行。

恒星這樣的天體一旦靠近黑洞處在其影響范圍內(nèi)后,黑洞就會被天體本身產(chǎn)生引力潮汐作用。

而一旦是雙恒星靠近黑洞的位置后,引力可以輕易俘獲其中的一顆恒星,而另外一顆恒星因為角動量守恒的原因,不會被同時吸入黑洞,反倒會產(chǎn)生一種強(qiáng)大的向外力量,被黑洞“拋射”出去。

該恒星被拋射出去后,原來的雙星系統(tǒng)模式便不復(fù)存在,這顆恒星從此就具備了超高速的能力。

所以簡單來理解,超高速星的超高速能力,事實上是黑洞賦予的。值得一提的是,黑洞并非超高速星形成的關(guān)鍵因素,雙恒星系統(tǒng)才是關(guān)鍵因素。

以銀河系為例,此前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的超高速星,多數(shù)都位于銀河系中心即靠近黑洞的區(qū)域。但也有一些超高速星,科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)它們位于其他區(qū)域。

比如在2005年,英國的一個科研團(tuán)隊,在銀河系的銀盤附近發(fā)現(xiàn)了一顆超高速星。后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),這顆星不是在黑洞的作用下形成的,成因是超新星的爆炸。

同樣作為雙星系統(tǒng),另一半走到了生命終點,在超新星爆炸的那一刻,強(qiáng)大的力量將另一顆恒星拋射了出去。

另一顆還活著的恒星,其速度達(dá)到了銀河系的逃逸速度,從此它掙脫束縛成為了一顆超高速星,而后飛向了宇宙的深處。

綜上所述,黑洞的作用,以及超新星的爆炸,都會讓雙星系統(tǒng)中的一顆恒星,變成超高速星。

不過,這兩種模式并不能解釋全部超高速星的形成。目前還有一些已發(fā)現(xiàn)的超高速星,用上述兩種觀點無法進(jìn)行解釋,還需要科學(xué)家做進(jìn)一步研究。

值得一提的是,不管是哪種理論,借助理論本身發(fā)現(xiàn)超高速星的概率都很低。再者,超高速星原本速度就非常快,現(xiàn)有的觀測儀器,捕捉超高速星的難度很大。

這也是為什么,超高速星發(fā)現(xiàn)數(shù)量少,而且直到21世紀(jì)才被證實存在。

2005年的意外發(fā)現(xiàn)

超高速星的理論,直到上世紀(jì)80年代才出現(xiàn)。而它出現(xiàn)的理論基礎(chǔ),也跟星系中央的超大質(zhì)量黑洞研究有關(guān)。

科學(xué)家相信,凡是有核球的星系,它的中央位置都存在超大質(zhì)量黑洞。正是根據(jù)這一理論基礎(chǔ),到1988年,科學(xué)家Hills提出一個全新的觀點。

超大質(zhì)量黑洞一旦和雙星系統(tǒng)相互發(fā)生作用,其中一顆恒星就會被拋射出去,而且它接下來的速度便會加快,Hills將這種恒星稱為超高速星。

而且他還做出語言,一旦在未來發(fā)現(xiàn)超高速星,便能證實星系中央超大質(zhì)量黑洞的存在。不過在此后的十幾年里,科學(xué)家并沒有什么新的發(fā)現(xiàn)。

時間來到2005年,國外研究人員在觀測分析新發(fā)現(xiàn)的36顆天體時,首次發(fā)現(xiàn)了超高速星的存在,它位于銀河系的銀心區(qū)域,屬于晚B型恒星。

也是在這一年,另外兩個科研團(tuán)隊,分別從100顆O型亞矮星和B型亞矮星中,發(fā)現(xiàn)了兩顆超高速星,兩顆星的編號為US708和HE0437。

一時間發(fā)現(xiàn)了3顆超高速星,由此點燃了科學(xué)家的搜尋熱情。而且超高速星的發(fā)現(xiàn),對于研究銀河系的中央位置,以及研究暗物質(zhì)暈的結(jié)構(gòu)等問題,提供了具體的方法和手段。

而從起初的發(fā)現(xiàn)來看,完全屬于意外收獲。

還在2003年時,Brown的科研團(tuán)隊,利用6.5米多鏡面望遠(yuǎn)鏡來觀測分析36顆恒星。這些天體此前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),彼時的進(jìn)一步觀測研究是隨機(jī)挑選的。

在接下來的觀測中,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了其中一顆恒星不一樣。第一顆超高速星,被命名為 SDSS J090744.99+024506.9。此后,另一組科研人員又發(fā)現(xiàn)了第二顆SDSS J093320.86+441705.4。

隨著第三顆超高速星的發(fā)現(xiàn),起先的理論不但得到了驗證,而且圍繞該天體的研究,也步入了更快速的實證階段。

超高速星的系統(tǒng)搜索

第一個發(fā)現(xiàn)超高速星的科研團(tuán)隊,隨后又開啟了搜尋工作。此后,這一組科學(xué)家從SDSS、DR4、DR5、DR6、DR7 和 DR8 的測光數(shù)據(jù)中又確認(rèn)了15顆新的超高速星。

這15顆超高速星原先都位于銀河系,此后也都逃離了星系的束縛,以極快的速度在宇宙里飄蕩。

而另外一個科研團(tuán)隊,又從10000顆暈星樣本中,發(fā)現(xiàn)了一顆大質(zhì)量超高速星。

值得一提的是,兩個科研團(tuán)體此前的發(fā)現(xiàn),都沒有找到小質(zhì)量的超高速星。科學(xué)家于是據(jù)此分析,在銀河系的銀心區(qū)域,可能更有利于大質(zhì)量恒星的產(chǎn)生,而小質(zhì)量超高速星或許根本不會存在。

還有一種觀點認(rèn)為,小質(zhì)量超高速星不是不存在,而是因為樣本太多,淹沒在其中使得科學(xué)家還沒有發(fā)現(xiàn)。

因為在銀河系中,小質(zhì)量的恒星一旦步入中老年階段,相關(guān)特征和小質(zhì)量超高速星是相似的。

對科學(xué)家來說,要從相似的測光、質(zhì)量、年齡、光譜特性中去分辨小質(zhì)量超高速星,工作難度非常大。

雖說工作難度很大,但科學(xué)家并沒有停止搜索的腳步。不過在接下來的搜索工作中,小質(zhì)量的超高速星未出現(xiàn),倒是讓科學(xué)家又意外發(fā)現(xiàn)了貧金屬的超高速星。

候選樣本群體有19顆,屬于F性和G型貧金屬恒星,通過高分辨光譜觀測,最終又確認(rèn)了3顆超高速星。

這3顆新發(fā)現(xiàn)的,屬于恒星演化晚期的sdO型恒星,相對于其他恒星,這類天體的年齡相當(dāng)古老。對科學(xué)家來說,這類恒星是研究銀河系引力勢模型的有力工具。

除了國外的研究和搜索外,我國科學(xué)家在2014年,也發(fā)現(xiàn)過一顆超高速星,它距離地球有4萬多光年,是當(dāng)時發(fā)現(xiàn)的距離地球最近的超高速星。

該超高速星被發(fā)現(xiàn)時,正以每小時170萬公里的速度,快速遠(yuǎn)離銀河系的中心。它的質(zhì)量超過了太陽9倍,亮度是太陽的3400倍。

雖然它的亮度很高,可由于距離我們太遠(yuǎn),所以在地球上用肉眼是看不到的。彼時,它已經(jīng)遠(yuǎn)離銀河系中心6萬多光年了。

按照它的速度,它用90秒就能繞行地球一圈,不到一刻鐘就能從地球飛到月球。所以說,超高速星的高速是名不虛傳的。

搜索一直在持續(xù),科學(xué)家關(guān)于超高速星的形成,也在不斷提出新的觀點。

它們可能來自大麥哲倫星云

迄今為止,包括我國新發(fā)現(xiàn)的超高速星,總數(shù)量有20多顆。此前,黑洞以及超新星爆炸,是超高速星誕生的誘因。2017年前后,有科學(xué)家又提出了一種新的理論。

新的理論是劍橋大學(xué)的道格拉斯提出的,雖然他在2017年還是一名博士生,但他質(zhì)疑此前的黑洞成因是錯誤的。

道格拉斯提出一種看法,這些超高速星不但不是因為黑洞形成的,而且極有可能不是來自銀河系。它們是從銀河系的外部,大麥哲倫星云里誕生后飛進(jìn)銀河系的。

他的觀點是,如果超高速星真的是在銀河系中心區(qū)域形成的,那么它們應(yīng)該散布在銀河系的各處才是。

然而迄今為止,所有發(fā)現(xiàn)的超高速星,都集中出現(xiàn)在獅子座和六分儀座的區(qū)域。而大麥哲倫星系運(yùn)行的速度本來就很快,從該星系內(nèi)高速噴射出一顆恒星,之后運(yùn)動并進(jìn)入到了銀河系內(nèi)。

而且他還認(rèn)為,銀河系中至少有1萬顆超高速星,只不過它們的速度太空,觀測儀器有可能捕捉不到。這些超高速星還可能會爆炸,之后有可能形成中子星或者黑洞。

這一新的理論是否正確,還有待于科學(xué)界做進(jìn)一步的研究。

結(jié)語

在科學(xué)家看來,超高速星的發(fā)現(xiàn)本身就很有意思,它們從銀河系的中心區(qū)域飛出來,這可以幫助科學(xué)家去推測那些區(qū)域曾經(jīng)發(fā)生了什么。分析它的成分和軌道特征,也有助于了解銀河系本身更多。

它們在持續(xù)逃離銀河系,作為一個從超大星系中的離群者,在“逃亡”的路上又會發(fā)生什么?最終會止步于何處?期間會不會跟其他恒星天體發(fā)生碰撞?這些都需要科學(xué)家繼續(xù)深入研究。

有科學(xué)家形容,這些高速逃離銀河系的恒星,就像當(dāng)年漂流在大西洋上的哥倫布船隊。作為漂流者,它們游蕩于銀河系之外,又有可能到達(dá)其他星系。而星系與星系之間,何嘗又不是地球上被大洋隔絕的大陸呢。

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