哈勃揭示R136星团中的怪兽级巨星

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-03-25 22:01:54 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:3607次 ]

原文标题:Hubble Unveils Monster Stars

原文作者:Paul Crowther,Saida Caballero-Nieves;Mathias Jäger,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2016.3.17

翻译:gohomeman1  审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.3.17:借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜的卓越紫外能力,一个国际天文学家团队在著名的超级星团R136中,辨认出9个怪兽级巨星,它们的质量都超过了100个太阳。这使其成为超大质量恒星的最大样本集。观测结果将发表在最新的《皇家天文学会月度通讯》期刊上,并产生了关于大质量恒星如此形成的多个新问题。R136位于蜘蛛星云,只有几光年宽,离地球约17万光年,属于银河系的卫星系——大麦哲伦星系(LMC)。R136拥有多个倾泻巨量紫外辐射的超大质量、超高光度炽热巨星。

哈勃拍摄的R136星团全貌。哈勃大图:30MB,版权:NASA,ESA;研究者团队,下同。

本图由哈勃的第三代广域相机(WFC3)的紫外光学通道(UVIS)和近红外通道(IR)共同拍摄,图中密密麻麻的的蓝色、红色小点都是星团成员。图像配色如下:336nm的紫外光、475nm(纳米)的蓝光,蓝;555nm的黄绿光,绿;814nm近红外光、656nm的氢发射线[H-α](红光),红。

通过把哈勃望远镜的第三代广域相机(WFC3)的紫外分辨能力和太空望远镜成像光谱仪(STIS)的紫外光谱能力进行强强组合,一个国际天文学家团队首次成功地在紫外波段对年轻的超级星团R136进行了解剖(注1)。

R136只有几光年宽,离地球约17万光年,位于蜘蛛星云中心,属于银河系的卫星系——大麦哲伦星系(LMC)。这个年轻星团拥有多个倾泻超量紫外辐射的超大质量、超高亮度的炽热超巨星(注2),所以科学家要在紫外波段对其进行探查分析。

本次新研究不但发现了几十个质量超过50个太阳的巨星;还确定出9个超大质量恒星,它们都超过了100个太阳质量。当然,当前的宇宙最重恒星纪录保持者还是R136a1,它的质量超过了250个太阳。另外,这些恒星不但重,还非常亮,9颗星的累积光度约为3000万个太阳。

STIS获得的R136星团中心区域(左)的光谱图(右)。大图:623MB

科学家能够辨识来自这些巨兽的外向流,巨兽本身在紫外波段更容易研究。它们每月抛出相当于地球质量的物质,抛射速度达到光速的1%(约为3000km/s)。结果在其短暂的一生中,将发生极大的质量损失。

研究报告首席作者、英国谢菲尔德大学的保罗·克洛德(Paul Crowther)解释说:“在如此拥挤的区域把单个恒星的紫外光逐一辨析分解为光谱的能力,只有哈勃搭载的仪器才能具有。我和我的同事要感谢进行最后一次哈勃维修任务的宇航员做出的无价贡献:他们冒着生命危险、修复了STIS,并为将来的科学研究,提升了其能力。”

2010年,克洛德和同事们宣布在R136星团中至少存在4颗巨星,每颗质量至少为150个太阳。那时,这些超级巨星的极端属性就令人惊讶,因为它们超过了普遍认可的恒星通过引力吸积能达到的质量上限。现在,他们本次的研究显示,星团中至少还有5颗恒星的质量超过了100个太阳。来自R136星团和类似星团的观测结果,产生了关于这些超巨星是如何形成的新问题,它们的起源仍是谜。

报告合作者Saida Caballero-Nieves继续解说: “这些巨兽被假设为来自密近双星的合并,这样两颗子星都可以小于质量上限。但是,我们知道这类合并的频率不高,因此该剧本无法解释R136中所有的超巨星。或者说,其中一些巨星就来源于正常的恒星孕育过程。”

PDF插图1,R136星团中的超级巨星群,其中最亮的a1、a2、a3,都是晚期的沃尔夫-拉叶星,表中标示为WN5,表面温度约5万℃;大量的是最热的O型,表面温度至少3万℃。表中的光度为对数形式,以logL表示与太阳光度的对比。

为找出这些巨星的起源答案,团队将继续分析收集到的数据。对STIS观测数据进行分析的新技术,也可用于搜寻R136中的密近双星;它们最终将形成密近双黑洞,并在最后合并为单一黑洞时释放巨大的引力波(就是最近宣布被发现的那种波长的引力波,译注)。

克洛德总结道:“我们的工作再次证明,尽管已经在轨道上工作了25年,还是有一些科学领域,只有哈勃独具慧眼!”

团队研究报告发表在最新的《皇家天文学会月度通讯》期刊上,标题:《用哈勃的STIS对R136星团进行分析报告1:远紫外光谱普查,及年轻星团中氦1640Å线的起源》。

附注:

1、在南非Radcliffe天文台最初编纂的LMC亮星表中,R136名列其中。然后,欧洲南方天文台(ESO)拉西亚天文台的观测,首先把其分解为三颗星a、b、c,然后ESO继续把R136a分解为8颗星(a1-a8)。随着哈勃望远镜发射升空,并在随后的1993年第一次哈勃维护任务中纠正了主镜的球面像差,R136终于被确认为稠密的超级星团(所谓超级星团是指星团密度、质量堪比球状星团,而成员星与年轻疏散星团类似的星团,它们被认为是球状星团的前身,早期宇宙中特别多,译注)。

PDF插图2,R136星团的中心区光谱分析,图中的pc表示秒差距,1pc=3.26光年。平行横线正是STIS的光谱成像方向。图中的a、b、c等,详见附注1。

2、超大质量恒星为最年轻星团所独有,因为它们活不过300万年。银河系中此类恒星的已知数量很少(恒星之间比较的唯一砝码就是质量,质量的差别是本质区别。在恒星的一生中,直径会发生万倍以上的改变,译注)。

3、太空望远镜成像光谱仪(STIS)在第2轮哈勃维修任务中安装,2009年的第四次哈勃维修任务(SM4)中修复了其故障。SM4是最具挑战的哈勃任务,共进行了5次太空行走操作。

4、其他星系的星团中也存在超大质量恒星的鲜明紫外光谱。例如NGC 3125和NGC 5253就是。但是这些星系毕竟距离太远,就算是哈勃这样的分辨率,也无法看清星团中的单一恒星。

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