我國望遠鏡重大發現,銀河系現“非法入侵”的恆星,構成元素極端

我們的銀河系囊括了數千億顆恆星,光芒輻射16萬光年的空間,雖説在930億光年的可觀測宇宙中,銀河系不過是2萬億個星系之一,但仍是無數星球的樂園。

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星系之所以被稱為星系,必然是因為這一系列的恆星都有着共同的特徵,不符合這一共同特徵的恆星必然不是從該星系創生。

就像是你開車穿過鋼筋混凝土構造的城市,天空突然掉下一隻海星,你肯定不會認為它是城市中出生的。

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我國科學家也通過我國郭守敬望遠鏡觀測到了一個本不該出現在銀河系內的恆星。這枚恆星編號為J1124 4535,位於北斗七星方向的“大熊座”。

為什麼它“不應該出現在銀河系”呢?

比例失調的恆星

郭守敬望遠鏡是一架5度橫卧於南北方向的中星儀式反射施密特望遠鏡,是世界上光譜獲取率最高的望遠鏡,位於河北省的國家天文台興隆觀測站。

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所謂光譜,就是指恆星光所含的顏色。原子本身是沒有顏色的,但是不同元素電子躍遷產生的光的能量會有所不同,因此不同元素的放出的光的顏色也就不同。

恆星的光在通過三稜鏡後會折射出幾種不同的顏色,這就是恆星的光譜。通過分析這些不同的顏色,就可以瞭解恆星內部的組成元素。就像你只需要看一眼顏色就能知道一張“毛爺爺”的面值多少。

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超強的光譜獲取能力使得郭守敬望遠鏡在恆星觀測上有着得天獨厚的優勢。

早在2018年8月,我國科研團隊就曾使用郭守敬望遠鏡發現了一個奇怪的恆星,這顆恆星鋰元素的含量是類似恆星的3000倍,是目前人類觀測到的鋰含量最高的恆星。在2019年11月28日,郭守敬望遠鏡又發現了一顆迄今為止發現的質量最大的恆星級別黑洞。

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本次郭守敬望遠鏡發現的恆星J1124 4535正是得益於其超強的光譜分析能力。

通過光譜讀數顯示,該恆星的含量極低,但是重元素的含量卻是異常的高,這與銀河系中其周圍恆星的元素比例相去甚遠。就跟草莓地裏長出藍莓一樣。

異常的元素比例顯示了其並非是銀河系原生的恆星,而是在某一時刻闖入銀河系的“入侵者”。

科學家認為,恆星J1124 4535很可能來自於一個被銀河系吞噬的矮星系。

合併與重元素

“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖……”對於很多人而言,化學元素週期表肯定有所耳聞。然而宇宙中並非118種元素全都一應俱全,除了氫、氦等較輕的元素外,那些重元素是如何生成的仍是一個未知答案。

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目前科學界普遍認為,鐵之前的元素可以通過恆星內部的熱核聚變產生,而超新星爆發中子星合併則會產生另外的重元素

因此重元素的含量直接表示着這一個星系的年齡。像是年輕的星系,由於死亡過的恆星數量少,沒怎麼經歷過超新星爆發產生重元素,因此其恆星主要由氫和氦這樣的輕元素構成。

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而年齡較大的星系由於經歷了很多超新星爆發,內部很多二代星甚至多代星,這些多代星就會包含前代超新星製造的重元素,因此對於年齡較大的星系來説,它的重元素含量會顯著高於年輕星系。

當然,還有一種情況也會導致一個星系的重元素含量提高——碰撞

我們在説重元素產生原因時曾提到過“中子星合併”可以產生重元素,事實上,類似金、鉑這樣的稀有金屬往往就產生於中子星合併。

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在中子星合併的過程中,數百個中子會組成不穩定的“原子核”,隨後會快速發生β衰變,部分中子釋放電子變成質子,從而變成穩定的重原子核。根據2019年6月19日《自然》雜誌發表的文章中的數據,宇宙中約20%的重元素來自於中子星合併。

除此之外,超新星爆發也會以類似方式產生重元素。不僅僅是大質量恆星死亡會產生超新星爆發,兩顆恆星撞擊也可以產生大規模的超新星爆發,造就大量重元素。

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就像上面説的,重元素我們可以認為其來源有三種:大質量恆星超新星爆發、恆星碰撞的超新星爆發、中子星合併。記住這一條,後面會有用。

同時,一般矮星系的演化速度會比銀河系這樣的大星系的演化速度慢,就像是按了“慢放鍵”一般,演化速度慢就意味着曾經死亡的恆星數量不多。

而太陽大小的恆星最多隻能生成“碳元素”,“鐵”之前“碳”之後的那些更重的元素就需要更大的恆星在瀕臨死亡時生成。

矮星系由於死亡過的恆星少,大質量恆星的數量也少,因此像一類的金屬元素含量低。這正是此次發現的恆星J1124 4535的主要特徵之一:鎂元素含量極低

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其次,在大星系吸收矮星系時,可能會造成恆星碰撞,從而產生超新星爆發或者中子星合併,這就會在矮星系入侵區域產生大量的重元素。

正是基於以上的推測,科學家斷定恆星J1124 4535源自於一顆被吸入銀河系的矮星系。

總結

回顧全文,科學家通過郭守敬望遠鏡對恆星J1124 4535的光譜進行了分析,發現其與銀河系內周圍的恆星元素比例十分不一致,且符合矮星系演化與星系合併碰撞的特徵,因此認為恆星J1124 4535來自銀河系吞併的一個矮星系。

根據天文學家推測,銀河系中央隆起的核心球正是100億年前銀河系與一個雪茄形矮星系合併後的產物,那次合併導致幾十億枚恆星進入銀河系核心。

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吞併事件也一直在發生,就像是銀河系正在吞併周圍的矮星系大麥哲倫星雲

該研究發表於2019年4月30日出版的《自然-天文》雜誌。

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