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我们都活在一个大泡泡里,夜空中几千颗星星也是它创造的

科技 9个月前 社科兔
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我们都活在一个大泡泡里,夜空中几千颗星星也是它创造的太阳被一个横跨1000光年的气泡包围。图片来源:Leah Hustak(STScI)

  一个横跨1000光年的气泡包围着我们的太阳系,天空中数千颗年轻恒星都诞生于此。它叫本地泡,由恒星的绚丽死亡——超新星爆发——产生,给新的恒星提供了产生条件。但自发现50年来,囿于观测技术的限制,本地泡整体的图像对天文学家而言一直是模糊不清的。而近日,终于有人揭开了它神秘的面纱。

  编译 | 王昱

  审校 | 白德凡

  太阳系附近有数千颗年轻恒星,它们都诞生自一个1000光年宽的气泡。天文学家几十年前就意识到了这一点,并将其称为本地泡(local bubble)。这是一个低密度、高温度的等离子体气泡,在气泡的边界上,是一层冷的、稠密的中性气体和尘埃,恒星能在其中形成。

  这个气泡中隐藏着太阳附近年轻恒星诞生的秘密。但是囿于观测精度的限制,天文学家一直没能精确得出这个气泡的形状、大小、成因和其诞生的时间。而近期,在一篇发表于《自然》的论文中,哈佛史密松天体物理中心(Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian,CfA)和空间望远镜研究所(Space Telescope Science Institute,STScI)的科学家为我们描绘了属于本地泡1400万年的故事,以及隐藏在它背后的恒星秘史

  本地泡:恒星的起源

  这篇论文最关键成果是一个三维时空动画。在其中,我们可以清楚地看到地球附近500光年内的所有年轻恒星和恒星形成区,都坐落在这个巨型泡泡的表面。“这是一个真实的起源故事,我们终于有能力解释所有附近恒星形成过程是如何开始的。”天文学家和数据可视化专家Catherine Zucker说到。

  通过一系列全新的数据和数据科学技术,研究团队发现是一系列超新星爆炸造就了这个气泡状的结构。其中第一次超新星爆炸发生在1400万年前,这颗超新星推开了星际气体,创造了这个气泡状的结构,从那时起,它的表面上就开始了剧烈的恒星形成过程。今天,7个著名的恒星形成区或分子云(宇宙中稠密的区域,恒星可以在其中形成)都坐落在这个气泡表面。

  “我们计算得出,我们今天看到的本地泡,是由千万年间15颗左右超新星的爆炸造就的。”STScl的Catherine Zucker说到。

  天文学家还注意到,这个形状奇特的泡泡并非静态,它至今还在缓慢生长。“它大约每秒膨胀6千米,不过它已经没有多少‘冲劲’了,一直稳定在这个速度。”Zucker说到。本地泡的扩张速度,和过去与现在在其表面新形成恒星的轨迹,是由盖亚天文卫星(欧洲宇航局2013年发射的一个空间望远镜)的数据推导出来的。

  “探测过程本身就是一个不可思议的故事,理论和数据在其中都非常重要。”哈佛大学教授兼天文物理中心天文学家Alyssa Goodman说到,她同时是本次所用可视化软件glue的创始人。“我们可以用大量相互独立的线索将我们周围的恒星形成历史拼接到一起。线索包括超新星模型,恒星运动,本地泡周围详细的三维物质分布图。”

  无处不在的泡泡

  “当第一个创造本地泡的超新星爆发的时候,我们的太阳并不在场。”论文合著者,维也纳大学的João Alves教授说到,“但在那500万年后,太阳在银河系中运动的轨迹正好插进了这个泡泡,而现在,太阳碰巧几乎就在这个泡泡的正中央。”

  今天,当人类从太阳附近向外窥视太空时,可以看到在气泡表面周围发生的恒星形成过程。在观赏这部恒星大片时,我们碰巧坐在了座位的最前排。

  天文学家在近50年前首次提出超级泡泡在银河系中无处不在的理论。“现在,我们有证据了,我们在这些气泡正中间的几率是多少?”Goodman问。她解释说,从统计学上讲,如果这样的泡泡在银河系中不常见,那么我们在它正中间的概率就会很小。

  Goodman用有洞的瑞士奶酪来类比银河系,银河系就是奶酪,而其中的洞是被濒死恒星产生的超新星爆炸炸开的,而在这些洞的边缘,死去的恒星给新的恒星提供了形成条件

  接下来,包括合著者和哈佛大学博士生Michael Foley在内的研究小组计划绘制更多的星际气泡图,以获得包含它们位置、形状和大小的完整三维视图。绘制出气泡及其相互之间的关系,最终将使天文学家能够理解垂死恒星在产生新气泡以及在银河系等星系的结构和演化中所起的作用。

  Zucker有很多问题:“这些气泡延伸到哪里?它们如何相互作用?超级泡泡如何推动银河系中太阳这样的恒星的诞生?”为了获得答案,研究小组还将继续探究其他“本地泡”的故事。

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