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几乎所有的恒星最初都是在星团中形成的

七月 13th, 2019  |  科学

哈勃太空望远镜拍摄的大麦哲伦云星团NGC1783的照片。研究表明该星团从外部环境获得了额外的气体形成了新的恒星(照片版权:ESA/Hubble
& NASA,致谢Judy Schmidt (Geckzilla.com))。

几乎所有的恒星最初都是在星团中形成的,星团中恒星如何形成一直是现代天体物理的焦点问题之一。星团由成团的大量气体通过自引力坍塌按一定的质量函数形成第一批恒星,但由于最初形成的大质量恒星吹出的强烈星风和超新星爆炸会迅速将剩余的气体吹走,天文学家普遍认为星团只能在其诞生的最初几千万年之内形成恒星。

该成果的领衔作者李程远(现任中科院紫金山天文台研究员)与其导师邓李才以及北京大学科维理天文和天体物理研究所教授Richard
de
Grijs意识到,在更为年轻的大质量星团中搜寻证据可能是解决问题的关键钥匙。他们共同设计了一项计划,利用哈勃太空望远镜的观测数据,开展了历时一年的仔细研究。“去年冬天,当我分析系外星团NGC1783的数据时,我发现了两支年龄几乎单一的恒星星族。”李程远介绍说:“属于同一个分支的恒星,他们的年龄几乎完全相同,就像是在过去的一瞬间突然形成的。我立刻意识到,我们大概发现中年星团中的第二代恒星了。”

澳门威尼斯,通过动力学分析,李程远发现这些新的恒星实际上是星团从外部吸收形成的,而一直以来,天文学家们都认为星团是通过自身第一代恒星爆炸之后残留的气体来形成第二代恒星的。该团队最终推断:星团中年轻的恒星星族很可能是外来物质的产物。

“这些恒星像是寄生在星团中的新成员”,邓李才解释说:“现在主流的解释是星团中的新恒星源自内部物质循环,但似乎并不自洽。”Richard回忆道:“我们提出了很多传统框架下的模型,但最终都被一一排除了。科学研究就是这样,新的认知在达成前总会走很多弯路。”

在NGC1783的数据中发现的两支年轻恒星(绿色方块为第一支;紫色方块以及紫色方块右侧浅红色区域内的黑点为第二支),它们严格地分布在两条理论计算出的等年龄线上,这意味着它们是在两个不同时间节点爆发性形成的。再加上星团最初包含的一批恒星(由红色实线描述的黑点),这一星团明显包含有三支年龄截然不同的恒星成分。

近日,由中国科学院国家天文台研究员邓李才领导的一个联合团队,在星团中恒星星族形成模式的研究中取得重要进展,该研究成果于1月28日在线发表在《自然》杂志上。这项工作是继2014年在《自然》杂志发表星团中复杂恒星星族的研究之后,国家天文台在天体物理焦点问题研究中取得的又一突破。

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对于这一发现,《自然》杂志的审稿专家们评价说:“2015年夏天夏威夷的国际天文联合会上,人们还在为球状星团的多星族问题争执不休,这一结果来得真是恰到好处!……这一工作为星团研究打开了一扇全新的窗口!”

此项成果由国家天文台与北京大学科维理天文与天体物理研究所主导完成。团队成员包括为本项工作做出贡献的新宇和胡义。此文合作者还有美国西北大学的天文学家。

然而,近年的高分辨率观测发现了银河系的球状星团普遍包含两个或更多恒星星族,这使得天文学家们对星团中恒星形成的理论产生了怀疑。遗憾的是,由于银河系中的球状星团都十分年老,漫长的演化过程使得这些多重星族早已失去了其形成初期的动力学特征。尽管天文学家观测到了多星族现象,但对于球状星团该如何产生第二族及以后的恒星、它们如何演化等问题,一直缺乏观测证据和理论上的诠释。

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