哈勃发现逃逸星,揭开星球大战的秘密

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2017-04-12 01:39:02 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:2087次 ]

原文标题:Hubble Discovery of Runaway Star Yields Clues to Breakup of Multiple-Star System

原文作者:Kevin Luhman;Felicia Chou,Donna Weaver,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2017.3.17

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2017.3.17:大约500年前,几颗恒星与其所在的系统失散。当时的欧洲正处于中世纪的黑暗中,两个强权正在权力斗争中:十五世纪的英国,金雀花王朝的两个派系争夺英王的宝座。而在一千多光年外的星云中,一个恒星集团正展开真正的星球大战,争夺猎户座大星云中的霸权。引力争夺的结果是——恒星系统瓦解,至少3颗恒星被流放到不同的方向。


哈勃拍摄的猎户座大星云中的三颗逃逸星,右边的插图显示另外两颗逃逸星的位置,和推测的原始位置(*所在)。图中明亮的4颗大星就是M42中心的四合星。大图:6.3MB,版权:NASA、ESA,研究者团队;下同。

本图由哈勃WFC3的红外通道(IR)和高级巡天相机(ACS)的广域通道(WFC)获得的图像组合而成,伪彩配色如下:ACS,435nm(纳米)的蓝光,配色蓝;555nm的黄绿光,青;775nm的深红光,黄;WFC3,1.39微米的近红外线,配色红。

在十五世纪的英国皇室成员为了英王头衔进行玫瑰战争的同时,远在猎户座大星云(M42)中的一群恒星,正在进行它们间的小战争:争夺多星系统的控制权。

恒星在引力作用下互相扭斗,而结局是恒星系统的破裂,至少3颗恒星被踢向不同的方向。自此后的数百年来,这些被流放的高速恒星都无人关注;直到二十几年前,两个团队分别在M42的红外、射电图像中注意到它们,因为这些观测能够透过星云厚厚的尘埃。

这些观测显示,两颗恒星高速以相反的方向互相远离,而它们的起源却是个谜。天文学家根据运动轨迹倒推得知,两颗恒星在540年前位于同一个地方,并推测它们此前是一个已经瓦解的多星系统的组成部分。但是推动两者互相远离的能量,却没有来源。研究者由此推断,一定还有至少一个恒星罪犯,扰动了原先的系统,夺取了原先系统的结合能。

X源多年前后图像的叠加对比

现在,美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜帮助天文学家完成了问题拼图的最后一块碎片——哈勃逮住了第三颗逃逸星。天文学家倒推这颗恒星的轨迹,指向540年前另外2颗恒星的起源地。这三颗恒星最初都居住在克莱曼—洛星云(Kleinmann-Low Nebula),这是一个年轻恒星的聚居区,位于广大的猎户座星云复合体的中心,离我们约1300光年。

研究报告首席作者、宾夕法尼亚大学公园分校的凯文·鲁赫曼(Kevin Luhman)解说:“哈勃的新观测提供了非常强的证据,这三颗被踢出的恒星来自一个多星系统。天文学家此前已经发现多个逃逸星的案例,并追踪到对应的多星系统。本次我们发现的则是最年轻的样本。它们可能才刚刚几十万年。事实上,根据红外图像观测,它们年轻到还带有形成时遗留的物质盘残余。”

所有三颗逃逸星都以很高的速度远离所在的星云,是克莱曼—洛星云中正常居民平均速度的30倍。天文学家根据计算机模拟早已预计,这种引力战争会发生于初生恒星拥挤在一起的年轻星团中。Luhman继续阐述:“但是我们并没有太多的样本,尤其在非常年轻的星团中。猎户座大星云理应环绕着一些幼齿恒星,它们以前居住在星云内,现在被流放到太空中。”

团队研究报告发表在2017.3.20出版的《天体物理学报》上。

PDF报告插图:三颗恒星的运动方向以及反推的起源区。

Luhman是在M42区域中搜寻流浪行星期间无意中发现了第三颗逃逸星的,当时命名为“X源”(source x)。这项由国际天文学家团队进行的搜寻活动,由马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)的Massimo Robberto领导。团队使用哈勃第三代广域相机(WFC3)的红外通道进行巡天。经过初步分析,Luhman把WFC3于2015年拍摄的图像与哈勃的近红外相机和多目标光谱仪(NICMOS)在1998年拍摄的图像进行了比较,他注意到17年来,X源的位置相对于附近的背景恒星有了显著的移动,相当于(径向速率)55km/s(根据PDF研报提供的数据,译注)。

天文学家接着把恒星的运动轨迹反向推移,并立刻发现,在1475年左右,X源的位置很接近此前已知的两颗逃逸星发源地,这两颗逃逸星分别命名为“I号源”(source I,罗马数字1)和BN星(Becklin-Neugebauer,以发现者命名)。

1967年BN星就在红外巡天图像中被发现,但直到1995年才发现了它的高速运动:射电观测测得其具有26km/s的运动速率;I号源的速率则为10km/s(根据PDF研报提供的数据)。这颗恒星只在射电波段被发现,因为它处于厚重的尘埃云后方,光学和红外波段都被遮蔽。

Luhman接着介绍道,这三颗恒星看起来很像在引力弹球游戏中被踢出了家乡,这种案例经常发生在多星系统中:当其中的两颗子星过于靠近时,它们会合并在一起或组成密近双星。无论哪种情形,事件都会释放大量的引力势能,使得系统的其他子星被驱除(势能转化为动能转移给系统的其他子星,译注),多星系统破裂。该能量事件还导致了一个巨大的物质外向流,在NICMOS图像中体现为离开1号源故乡巢穴的手指状的物质流。

多星系统引力弹球游戏示意图(一个不稳定四体问题),两个子星紧密结合,释放的系统势能转换为剩余子星的动能并脱离系统,大图:35.7MB

未来的太空望远镜,比如詹姆斯·韦伯空间红外望远镜(JWST),将能观测猎户座大星云的大片区域,通过比对JWST图像与早前的哈勃图像,天文学家希望能发现更多的多星系统瓦解产生的逃逸星。

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