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銀河系和仙女座星系不一定碰撞!首次拍攝到北極星表面影像!

2024-09-30科學

1、銀河系和仙女座星系不一定碰撞

說到銀河系未來的命運,相信不少人都聽過幾十億年後,它可能會和仙女座星系發生碰撞,然後兩者合並成一個更大的橢圓星系。甚至有研究認為,這兩個星系的外圍氣體現在已經開始了相互融合。

不過這兩個星系將來是否會真的會發生碰撞,我們以前聊過。由於我們觀察到仙女座星系存在藍移現象,於是推斷它正在朝我們過來。但是藍移只能說明它在我們的視線方向上存在運動,至於橫向上它有沒有移動以及具體的移動振幅,這些我們並不清楚。所以它完全有可能是朝著我們的斜後方運動,只要偏轉角度足夠大,最終兩個星系或許只是擦肩而過而已。

為了預測得更準確,前不久赫爾辛基大學的天文學家們用電腦對這些星系進行了詳細的多體模擬。雖然類似的模擬此前也有人做過,但是那些研究通常只考慮了仙女座星系( M31 )、銀河系以及三角座星系( M33 )這些大星系的情況。而這次的模擬,研究人員除了針對這些大星系,還把大小麥哲倫星系( LMC、SMC )以及M32等衛星星系也加入了進來,同時還采用了包括蓋亞和哈勃望遠鏡的最新數據。

經過上百次的模擬後研究人員發現,當只考慮銀河系和仙女座星系的兩體情況時,最終發生碰撞的概率還不到一半。但當把三角座星系加入進來後,仙女座星系相對銀河系的橫向速度被明顯降低,最終的碰撞概率增加到了2/3。然而當把大麥哲倫星系也加入系統後,又顯著增加了銀河系相對仙女座星系的橫向運動速度,然後碰撞概率又回到了略高於50%的程度。至於M32和小麥哲倫等星系,它們由於質素太小,確實對結果的影響微乎其微。

總之,不管采用哪種方法,現如今我們對本星系群未來的演化預測仍然存在很大的不確定性。

不過這項研究也給出了一些較為肯定的預測:比如未來,在銀河系和仙女座星系合並之前,大麥哲倫星系肯定會先與銀河系先完成合並,同時三角座星系大概率( 86% )也會和仙女座星系提前完成合並。

2、當太陽捕獲流浪行星

作為太陽風能夠抵達的最遠地方,日球層頂在某種程度上可以被視為太陽系的邊界。但是如果從重力角度考慮的話,那太陽系的範圍遠比這要大得多得多。因為重力是種長程力,理論上它的作用距離可以達到無限遠。但現實中由於重力和距離的平方成反比,所以隨著距離的增加重力衰減地非常快,遠到一定程度幾乎就感覺不到了。但即使這樣,太陽的重力依然可以影響到光年以外的天體。

奧爾特雲就是這樣一個在太陽重力控制下的由眾多彗星、小行星等天體組成的球形雲團。它的範圍非常廣,剛才說的日球層頂距離太陽只有100個天文單位左右,但奧爾特雲的外邊界可能超過了10萬個天文單位,幾乎達到了兩光年!正因為距離如此之遠,迄今為止奧爾特雲都只是天文學家的一種推測,實際中並未真正地觀測證實過。

然而天文學家們一直有個懷疑,懷疑太陽的重力範圍可能不止於此。憑借自己的重力,太陽或許能夠抓住那些從奧爾特雲旁路過的流浪行星。

流浪行星是一種遊蕩在星際間的孤兒行星,之前可能隸屬於某個行星系統,後來因為受到重力擾動而被甩了出來。科學家估計,銀河系中的流浪行星可能多達千萬億顆。因此在漫長的歲月中,必定有大量的流浪行星從太陽系旁路過。

一項最新的研究表明,太陽的「狩獵區域」可能還真不止奧爾特雲,它甚至可以捕獲到3.8光年外的物體,這個距離已經接近比鄰星所在的恒星系統——半人馬座α,也就是南門二。但話說回來,這樣的話南門二豈不也能捕獲太陽系周圍的天體嗎?沒錯,我們的太陽系可能一直在和南門二交換著各自的「獵物」。

除此之外研究人員還發現,太陽能捕獲「獵物」的個頭也比我們想象的要大得多,並不只是彗星、小行星那樣的小天體,只要距離合適,拿下木星那種氣態巨行星也不是沒有可能。

那麽假如太陽真的捕獲了一顆木星大小的流浪行星會怎麽樣呢?

首先,這顆流浪行星會緩慢地在太陽系外圍繞太陽執行(畢竟如果跑得太快,太陽也抓不住);然後,這顆行星會一直這樣執行個數十億年,慢慢向太陽靠近;之後,八大行星開始感受到重力擾動,並且這種擾動會越來越明顯,以至於它們各自的軌域開始變的混亂。最終的結果就是,該碰撞的碰撞,該飛走的飛走,在相當長的一段時間內太陽系都將不得安寧。

3、首次拍攝到北極星表面影像

北極星大家都很熟悉,由於位於地球自轉軸的延長線上,所以它在天空中的位置不受地球自轉影響,幾乎不怎麽變化。正因如此,古代的人們經常用北極星來辨別方位。雖然已經是夜空中的主要亮星之一,但北極星的亮度並不是特別高,所以人們尋找北極星之前通常會先尋找更加明顯的北鬥七星。

很多人可能還不知道,「北極星」這個名字並不是指的某顆特定的恒星,它更像是一個title( 頭銜 ),每過一段時間會分配給不同的恒星。由於地軸進動(也就是歲差)的存在,平均每過個幾千年,北極星就會更換一次。

早在五帝時期,當時的北極星還是天龍座α。

到了公元前1000年左右,北極星變成了小熊座β( 北極二 ),古代也稱之為 「帝星」 或者 「紫微星」。

一直到了明清時期,北極星才變成現在的小熊座α,即勾陳一。即使到了今天,勾陳一依然沒有走到它夾角最小的位置。等到它完全「坐正」,大概要到2100年前後,各位00後們還是有機會見到的。

如果你能堅持地再久一些,等到14000年後,那時織女星( 天琴座α )則會成為新的北極星。

同樣很多人不知道的是,今天的北極星( 勾陳一 )它其實是一顆三合星,也就是由三顆恒星組成的聯星系統。我們平時看到的北極星的光芒,主要來自其中的勾陳一A這顆主星。

勾陳一A距離地球約434光年,是離我們最近的一顆造父變星。作為號稱「標準燭光」的造父變星,勾陳一A有著固定的周期亮度變化,這點對於天文測距非常關鍵。

然而除了作為「標準燭光」測距以及定位方向外,人們對北極星本身似乎並不感冒。你看人家參宿四,光度稍微有點不正常,大家就爭先恐後地研究,論文更是像雨後春筍般一篇接一篇。

然而前不久( 2024年8月 ),一篇發表於【天體物理學雜誌】上的文章中,研究人員對北極星進行了一次非常詳細的研究,不但測得了迄今為止最精確的質素、尺寸等數據,更是拍出了首張北極星的恒星表面影像。

借助韋遜山天文台的光學幹涉陣列( CHARA ),研究人員不但探測到了勾陳一A旁邊的那顆微弱伴星,更是透過追蹤這顆伴星的軌域,測量出了勾陳一A的質素以及在脈動過程中的尺寸變化情況。勾陳一A的質素大約在5.13倍太陽質素,直徑大約是太陽的46倍。

最讓人驚喜的,還得說是北極星的照片,它讓我們首次看到了造父變星的表面到底是什麽樣子。雖然照片不像你想的那麽「高畫質」,但天文學家已經可以從中獲取很多有用的資訊。

從影像中可以看出,北極星的表面亮度並不均勻,存在大片的亮斑和暗斑,而且這些星斑會隨著時間不斷變化。至於這些星斑到底是什麽以及它們的具體成因,目前還不清楚。這也是接下來的研究重點,研究人員會繼續對北極星進行進一步成像,希望透過它更好地了解造父變星這一重要天體。

[1] Till Sawala, Jehanne Delhomelle. et al. Apocalypse When? No Certainty of a Milky Way - Andromeda Collision. arXiv preprint arXiv:2408.00064 (2024)

[2] Edward Belbruno, James Green. Permanent Capture into the Solar System. arXiv preprint arXiv:2407.09560 (2024)

[3] Nancy Remage Evans, Gail H. Schaefer. et al. The Orbit and Dynamical Mass of Polaris: Observations with the CHARA Array. The Astrophysical Journal, 971(2):190 (2024)