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银河系中的宝藏星团:罕见星团发现,红色超巨星群闪耀着太阳光芒

2024-08-31科学

很久以前,制图师喜欢在地图上的未知区域画上一些怪物,提醒人们那里可能有危险。比如,1570年的一幅地图上,就在大海里画了海蛇和其他海怪。

如今,天文学家在银河系中发现了一个充满未知的星团,也许他们应该效仿这个传统。这个星团叫做Barbá 2,距离我们地球大概24,000光年。用一种叫做盖亚太空望远镜的神器观察后发现,Barbá 2里有好多红超巨星,这些恒星可大了,能有太阳的几百倍宽,亮更是能达到太阳的百万倍。

阿利坎特大学的研究者Ignacio Negueruela说:「银河系里有很多星团,但并不是所有星团都让天文学家同样感兴趣。」他参与了在Barbá 2发现这些超巨星的研究。「那些有很多红超巨星的星团非常罕见,而且通常都很远,但它们对于理解大质量恒星的演化非常关键。」

这些超巨星因为个头大、能量强,所以它们消耗核燃料的速度也比太阳这样的恒星快得多。太阳大概能稳定燃烧100亿年,而这些超巨星可能几百万年就耗尽了。

因为超巨星寿命短,所以在银河系中,像Barbá 2这样的开放星团虽然很常见,已经发现了1100多个,但里面有那么多红超巨星的就非常罕见了。

Noguerola补充说,研究像Barbá 2这样富含巨大恒星的星团,对我们了解它们如何变成红超巨星或者为何没有变成,以及这如何影响它们最终的命运非常重要。

「在银河系中,只有少数星团富含红超巨星,」他说。「找到一个像Barbá 2这样可以用中型望远镜观察到的星团,对天文学家来说是一个重大而令人兴奋的发现。由于距离远,受到适度的消光影响,星团在光学图像中看起来并不显眼。」

Barbá 2其实是大约十年前由天文学家Rodolfo Barbá发现的,但在他2021年去世后,这个发现直到现在才发表出来。所以,现在以他的名字命名这个星团,再合适不过了。

「Rodolfo在同行中以发表慢著称。他有很多重要的发现,经常在会议上分享或与同事讨论,但往往没有发表,」Noguerola说。「Rodolfo去世后,他的亲密合作者Jesús Maíz接手了确保他的工作得以发表的任务。」

没有什么是永恒的,即使是最大的恒星也不例外,但就像杰出的科学家Barbá一样,他们留下的遗产是非常重要的。

红超巨星的遗产:黑洞还是中子星? 尽管所有大小的恒星寿命都比我们的长得多,但当它们耗尽了核心的核聚变燃料时,这些恒星的一生也会走到尽头。

任何恒星的一生都是一场精心平衡的战斗,一方面是核心中核聚变产生的辐射压力的外向力,另一方面是它自己的重力的内向推力。无论是几百万年还是几十亿年,重力最终都会赢,但胜利的结果各不相同。

例如,像太阳这样大小的恒星在它们的核心耗尽氢气后就无法继续战斗了。这些较小的恒星的引力坍缩会创造出一个叫做白矮星的恒星遗迹,它被一种叫做「电子简并压力」的量子现象阻止了进一步坍缩。

如果一颗恒星在开始这个过程时至少有太阳质量的八倍,并且在最初的坍缩期间至少保持太阳质量的1.44倍(所谓的钱德拉塞卡尔极限),那么在它坍缩时,它的核心可以产生足够的压力将氦融合成更重的元素,给这颗恒星带来新的生命。

当氦气耗尽后,这个过程会重复;恒星一次又一次地坍缩,融合越来越重的元素,直到这个巨大的恒星有一个铁核,这是一种没有恒星可以融合成更重元素的元素。然后,恒星经历最后坍缩,触发一个巨大的超新星爆炸,将其外层吹走。但这将导致两个可能的结果。

巨大的恒星核心的坍缩将电子和质子压碎在一起,创造出一个中子星,这是一个充满中子海的恒星遗迹,中子是通常存在于原子核中的中性粒子。进一步的坍缩被「中子简并压力」阻止,但如果一颗恒星有足够的质量,这种压力也可以被克服。

如果发生完全坍缩,恒星就会转变成恒星质量黑洞,这是一个中心质量如此密集的太空区域,以至于连光都无法逃脱,这被称为「事件视界」。

这个超巨星丰富的星团仍是一个谜,需要进一步探索。Barbá 2星团也带来了一些意外的问题。

「首先,所有已知富含红超巨星的星团都位于银河系的中心区域,NGC 7419除外,」Noguerola补充说。「这很有道理,因为内星系的恒星形成更为强烈,但也意味着由于沿视线方向的尘埃和气体引起的严重消光,它们更难以研究。而Barbá 2位于银河系一个完全不同的区域,朝向外部。」

研究人员说,另一个有趣的点是,Barbá 2所在的天空区域已经被深入研究,因为它包含了许多有趣的天体。因此,这个富含超巨星的星团的发现表明,尽管经过多年的专注搜索,仍有许多隐藏的宝藏等待被发现。

「我对没有人遇到过Barbá 2感到有点惊讶,」Noguerola说。「这个发现表明,我们的搜索方法仍有改进的空间。」

「发现这些星团只是第一步。为了充分利用它们作为天体物理实验室的潜力,我们必须结合恒星模型和观测,」Noguerola总结道。「我们将尝试获得更多光谱,以准确确定星团的年龄和总质量。」

「此外,我们希望从这个星团的特性中学习,以完善我们发现未来类似星团的技术。」