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宇宙舞者:ALMA 望遠鏡揭示了一對恒星的奇妙軌域

2024-01-09科學

你是否想過,我們的太陽和地球是如何誕生的?宇宙中是否還有其他的生命存在?宇宙的起源和演化是什麽樣的?這些問題可能是人類最古老也最深刻的探索,而有了 ALMA 望遠鏡,我們就有了解答這些問題的鑰匙。

ALMA 望遠鏡是阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列的簡稱,它是世界上最大的射電望遠鏡陣列,由歐洲、北美、東亞和智利等 22 個國家和地區合作建造和執行。它位於智利北部海拔 5000 米的阿塔卡馬沙漠,是地球上最幹燥的地方之一,也是觀測宇宙的最佳地點之一。

ALMA 望遠鏡由 66 個高精度的天線組成,它們可以在毫米和亞毫米的波長上進行觀測,能夠穿透宇宙中的塵埃和氣體,揭示那些肉眼和光學望遠鏡無法看到的奧秘。ALMA 望遠鏡的分辨率高達 4 毫角秒,成像比哈伯太空望遠鏡銳利十倍,相當於在 100 公裏外能夠看清一枚硬幣的正面。

自 2011 年開始科學觀測以來,ALMA 望遠鏡已經為我們帶來了許多驚人的發現,比如:

觀測到了最古老的螺旋星系,揭示了它的動態演化過程。

觀測到了最遙遠的星系,揭示了宇宙的早期歷史和星系的形成機制。

觀測到了年輕恒星周圍的原行星盤,揭示了行星的形成過程和條件。

觀測到了超大質素黑洞周圍的氣體和塵埃,揭示了黑洞的活動和影響。

觀測到了太陽系外的行星和彗星,揭示了它們的結構和特征。

這些發現不僅讓我們對宇宙有了更深入的了解,也讓我們對自己的起源和未來有了更多的思考。ALMA 望遠鏡正在向我們展示一幅更為完整的宇宙生成和成長圖,也許有一天,它能夠幫助我們找到宇宙中的其他生命。

一顆垂死的恒星和它的舞伴

在 ALMA 望遠鏡的探索中,有一顆恒星引起了科學家們的特別註意,它就是 W Aquilae,位於天鷹座的一顆變星。它是一種被稱為 S 型星的演化星,類似於紅巨星,但是它的光譜中含有大量的金屬氧化物,比如氮化矽。這種化學成分的存在,讓科學家們懷疑,這顆恒星可能有一個更熱的伴星,影響了它的化學反應。

W Aquilae 是一顆處於生命暮年的恒星,它正在以一種壯觀的恒星風的方式散失它的外層,形成了一個巨大的塵埃盤。這個塵埃盤的直徑大約是 60 個天文單位,相當於太陽系中海王星的軌域半徑。在這個塵埃盤中,科學家們發現了一些奇特的分子發射,特別是在恒星的一側,這表明那裏有一些不尋常的事情正在發生。

「當我們發現一邊有奇怪的氮化矽發射時,我們就意識到有些不尋常的事情正在發生。」該研究的主要作者、來自莫拿殊大學物理與天文學院的澳洲研究委員會(ARC) DECRA Fellow 陶莎·達尼洛維奇博士說。

為了解開這個謎團,科學家們利用 ALMA 望遠鏡對 W Aquilae 進行了詳細的觀測,同時還使用了歐洲南方天文台的超大望遠鏡上的 SPHERE 儀器和哈伯太空望遠鏡的歷史數據,對這顆恒星的軌域和結構進行了分析。

他們發現,W Aquilae 並不是一個孤獨的表演者,而是和一個壽命更長的類太陽恒星一起共舞。這個伴星的存在,對 W Aquilae 的恒星風產生了重要的影響,使得它呈現出一種類似於地震波的漣漪狀的模式。這種模式不僅在理論上被預測,而且還被 ALMA 數據清晰地證實了。

科學家們還揭示了這對恒星的軌域的秘密,他們發現,這兩顆恒星的軌域非常橢圓,大約需要一千年才能完成一次迷人的迴圈。這是第一次確定 W Aquilae 系統的軌域周期,之前只有猜測它可能持續數個世紀。

這項研究不僅讓我們對 W Aquilae 有了更深入的了解,也讓我們看到了 ALMA 望遠鏡的強大能力,它能夠探測到恒星周圍的微弱的化學訊號,揭示出恒星的動態演化過程。這種技術還可以用來探測其他被宇宙塵埃遮蔽的神秘垂死恒星的隱形伴星,讓我們對宇宙中的雙星或三星系統有了更多的認識。

宇宙中的其他雙星或三星系統

W Aquilae 系統並不是宇宙中唯一的雙星或三星系統,事實上,它們是非常普遍的。據估計,有將近一半的太陽型恒星是以雙星或三星的形式存在的,而對於更大質素的恒星,這個比例可能更高。雙星或三星系統的存在,對宇宙的演化和多樣性有著重要的影響

雙星或三星系統可以產生一些特殊的天體現象,比如食變星、新星、超新星、重力透鏡等,這些現象可以為我們提供宇宙的資訊和知識。

雙星或三星系統可以影響恒星的壽命和演化,比如透過潮汐作用、質素轉移、合並等過程,改變恒星的結構和狀態,甚至產生一些罕見的恒星類別,比如藍流星、藍後巨星、矮白矮星等。

雙星或三星系統可以影響行星的形成和穩定性,比如透過重力擾動、塵埃盤的分布、輻射的強度等因素,影響行星的軌域和環境,甚至產生一些奇特的行星類別,比如環雙星行星、熱木星、類地行星等。

太陽系的最近鄰,普羅克西瑪星,是一顆紅矮星,它和另外兩顆恒星,半人馬座α A 和半人馬座α B,組成了一個三星系統。普羅克西瑪星的周圍,有一顆被稱為普羅克西瑪 b 的行星,它是目前已知的最接近地球的類地行星,距離地球只有 4.2 光年,有可能存在液態水和生命。

天鷹座的一顆明亮的恒星,天鷹座γ,是一顆食變星,它由兩顆恒星組成,一顆是藍白色的主序星,另一顆是黃色的巨星。這兩顆恒星的軌域非常接近,只有 0.1 個天文單位,相當於太陽和水星的距離的四分之一。由於這樣的軌域,兩顆恒星會相互遮擋,導致它們的亮度周期性地變化,形成了一種叫做食變的現象。

天鷹座的另一顆明亮的恒星,天鷹座η,是一顆超新星候選者,它由三顆恒星組成,其中最大的一顆是一顆藍超巨星,質素是太陽的 120 倍,亮度是太陽的 500000 倍。這顆恒星正在以極快的速度散失它的質素,形成了一個巨大的氣體殼,它的直徑大約是 4000 個天文單位,相當於太陽系中海王星的軌域半徑的 130 倍。這顆恒星有可能在未來的幾百萬年內爆發為一顆超新星,甚至是一顆更為罕見的超高能超新星,它的爆發會對周圍的恒星和行星產生巨大的影響。

這些雙星或三星系統,讓我們看到了宇宙的多樣性和奇妙性,也讓我們對恒星的演化和命運有了更多的認識。ALMA 望遠鏡的研究,為我們揭開了這些宇宙舞者的秘密,也許有一天,我們能夠親眼見證它們的舞蹈。