星震、化学成分……盖亚望远镜高精度揭示银河系近20亿天体新细节

6月13日,成为了令全球所有天文学家和天文爱好者们心潮澎湃的一天。当天,欧洲航天局(European Aviation Safety Agency,ESA)发布了盖亚(Gaia)望远镜的第三个完整观测数据集(DR3) ,这是迄今为止人类对于银河系的最详细的调查数据,揭示了银河系中近20亿个天体的位置、速度、化学成分等新的细节。这些宇宙级的宝藏将为人类提供给对恒星、太阳系、银河系和更广阔的宇宙邻居的新见解。

在对这些数据的初步分析中,天文学家还发现了银河系中恒星的“星震”、恒星的“DNA”和不对称运动等颇有意思的新情况。

盖亚望远镜于2013年发射升空,是欧洲航空局(ESA)主导的天体测量卫星。它的任务是通过测量银河系中天体的精确位置、距离和速度,创造出最准确、最完整的银河系多维地图。这项工作将使得天文学家能够重建银河系数十亿年来的演变,更好地了解恒星的生命周期,以及人类在宇宙中的位置。

“盖亚望远镜数据集的深远意义, 是它将会为未来的恒星和天体物理研究提供一个基础数据库, 而恒星的位置、距离、速度、化学成分等是研究宇宙所有问题的基础和支撑。”曾参与盖亚望远镜数据处理软件开发工作、国家天文台研究员刘超当天接受澎湃新闻(www.thepaper.com)记者采访时, 对这份最新的数据集作出了解读, 他说, “它对全球天文学研究的影响, 会在未来10年内释放出来。”

刘超笑称, “今天数据发布后, 我们团队已经在讨论, 能够用这些数据做些什么。”

欧洲宇航局曾在2016年和2018年先后发布了两个盖亚望远镜收集的数据集(DR1和DR2),2020年12月又发布了第三组数据的初版。“盖亚望远镜的数据主要包括三个方面,”刘超向澎湃新闻介绍,“一是天体位置的测量, 二是通过绘制天体的颜色确定天体温度、质量等参数, 三是天体的光谱学观测。”刘超当时参与的, 即是天体颜色绘制软件的开发项目。

“盖亚望远镜提供了对银河系的最精准的观测数据, 此前发布的两个数据集, 对于恒星和银河系的研究, 都产生了颠覆性的影响。”刘超说。例如, 此前DR2曾印证, 银河系历史上曾经和其它星系有过3次相撞,其中一次相撞形成了太阳。

据欧洲航空局介绍,此次公布的盖亚望远镜DR3数据收集于2014年7月25日至2017年5月28日。目录中包含了银河系近20亿个天体新的信息,包括其化学成分、温度、颜色、质量、年龄以及恒星靠近或远离我们的速度,这些信息大多通过光谱学揭示。数据集还列出了一些特殊的恒星子集,例如一些随着时间变化亮度的恒星。此外,该数据集还包含了迄今为止最大的银河系双星目录,数以千计的太阳系天体,如小行星和行星的卫星,以及银河系外的数百万个星系和类星体。

DR3也包括了18亿颗银河系恒星的数据,为天文学家提供了前所未有的恒星特征及其生命周期的视图,以及星系的结构和演化信息。

奇妙的恒星: “星震”以及恒星“DNA”

在关于恒星的最新数据中,最让天文学家们惊讶的是,他们发现盖亚望远镜探测到了星震(恒星表面的微小运动),这些星震会改变恒星的形状。

此前,盖亚望远镜已经发现了导致恒星周期性膨胀和收缩的径向振荡,恒星在发生这些径向震荡的同时保持其球形形状。但此次盖亚望远镜在数千颗恒星中,发现了此前很少被探测到的、强烈的非径向振荡,这些振动更像是大规模海啸,会改变恒星的整体形状,通常很难被探测到。

“星震教给了我们很多关于恒星的知识,尤其是它们的内部工作原理。盖亚正在为大质量恒星的‘星震学’开凿了一座金矿,”盖亚合作组织的成员、比利时鲁汶大学的康尼·阿尔茨(Conny Aerts)表示。

此外, 通过揭示恒星的化学成分, 盖亚望远镜的数据集还提供了恒星的DNA。

“恒星是由什么组成,可以告诉我们它们的诞生地和其后的旅程,因此也可以告诉我们银河系的历史。根据今天发布的数据,盖亚描绘出了迄今为止最大的与3D运动相结合的星系化学地图,它覆盖了从我们的太阳系邻居到银河系周围较小的星系的范围。”欧洲宇航局介绍说。

而据刘超向澎湃新闻介绍, 一些恒星比其他恒星含有更多的“重金属”。宇宙大爆炸时形成了轻元素(氢和氦) ,其它较重的元素——天文学家称之为金属——会在恒星内部形成。当恒星消亡时,它们会将这些金属释放到恒星之间的气体和尘埃中,这些气体和尘埃被称为星际介质,而这些星际介质会孕育出新的恒星。活跃恒星的形成和死亡将导致一个更富金属的环境。

欧洲宇航局表示,“通过盖亚,我们能够看到在银河系中一些恒星是由原始物质组成,而其它恒星例如太阳却是由前几代恒星死亡后留下的丰富的物质组成。离银河系中心较近的恒星比距离较远的恒星金属含量更丰富。盖亚还根据恒星的化学成分,确定了那些最初起源于其他星系的恒星。

“我们的星系是一个美丽的大熔炉,”盖亚合作组织的成员、法国蔚蓝天文台(Observatoire de la Côte d’azur)的亚历汉德拉·雷西奥-布兰科(Alejandra Recio-Blanco)在表示 ,“这种多样性极其重要,因为它告诉我们银河系形成的故事。它揭示了银河系内的迁移过程和对外部星系的吸积过程。”

探索多维度的银河系

据另一位天文学向澎湃新闻介绍,此次盖亚望远镜的DR3激动人心的内容还包括,它提供了有史以来最大的低分辨率光谱学调查——这些观测覆盖了光学到近红外波长范围[330, 1050]nm,对应于大约2.2亿个来源; 包括了3300万颗恒星的径向速度,这个数量比DR 2的恒星数量增加了5倍,恒星研究和星系动力学能够利用这些数据做更多的工作; 包含了迄今为止最大的银河系双星目录,展示了超过80万个双星系统的质量和演化,这对理解恒星的演化至关重要; 还揭示了关于1000万颗变星的信息,即那些随着时间的推移而改变亮度的恒星、太阳系物体(如小行星和行星卫星)以及银河系外的星系和类星体,使得变星的统计和分类有了更大的样本。

在当天,欧洲宇航局还公布了利用盖亚望远镜DR3绘制的天象图片,从多个维度展现了令人赞叹惊讶的银河系全景。

1. 径向速度

在这幅径向速度图中, DR3向我们展示了银河系中超过3000万个天体(大部分是恒星)靠近或远离我们的速度。这被称为“径向速度”。

刘超向澎湃新闻解释说,通过明亮区域(远离我们)和黑暗区域(靠近我们)的交替沿着视线的投射, 我们可以看到圆盘的旋转。通过对比,我们可以看到若干天体的径向速度与其周围环境的径向速度不同,也可以看到这些物体如何在银河系圆盘中移动,以及太阳在银河系中的运动轨迹。

图中,银河系的两个伴星系大麦哲伦云和小麦哲伦云(LMC和SMC)在图片的右下角以亮点的形式出现,人马座矮星系可见为银河中心下方的一条微弱的准垂直条纹,几个球状星团以小点的形式出现。

2. 径向速度和固有运动

这张天象图显示了银河系2600万颗恒星的速度场。颜色显示了恒星沿视线的视向速度。蓝色显示的是天空中恒星的平均运动朝向我们的区域,红色显示的是恒星的平均运动远离我们的区域。图中可见的线条描绘出了恒星投射在天空中的运动(自身运动)。这些线显示了恒星速度的方向如何随银河系的纬度和经度而变化。在这幅图中,大麦哲伦星云和小麦哲伦星云(LMC和SMC)是不可见的,因为只有距离明确的恒星才被选中来制作这幅图像。

3. 星际尘埃

盖亚望远镜不仅绘制了我们星系中的恒星,还告诉我们恒星之间有什么。恒星之间的空间充满了尘埃和气体云,这被称为星际介质,恒星就是从其中诞生。通过精确测量恒星的位置和它们的散射光,盖亚让我们能够绘制出星际介质对星光的吸收,从而让我们了解恒星、星系形成的物理机制,以及银河系的历史。

这张天象图显示了布满银河系的星际尘埃。在这张图中,银河面中心黑色的黑暗区域是有大量星际尘埃的区域,随着尘埃数量的减少而逐渐变成黄色。银河面上方和下方的深蓝色区域是几乎没有尘埃的区域。

4. 化学成分

恒星的化学成分能够揭示恒星的诞生地和随后的旅程,因此也可以告诉我们银河系的历史。通过盖亚的观测数据,我们看到银河系中的一些恒星是由原始物质组成的,而像太阳这样的其它恒星是由前几代恒星遗留的丰富物质组成。离银河系中心和面较近的恒星比距离较远的恒星金属含量更丰富。

这张全天图显示了银河系恒星的化学样本,刘超向澎湃新闻介绍说,中间的一条薄薄的红线显示了银河系的银盘。颜色表示恒星的金属丰度,越红的恒星金属含量越丰富。此外, 这张图也显示出了不对称的结构,其中的奥秘留待未来天文学家的进一步探索。

posted @ 2022-07-03 09:16 作者:admin  阅读:
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