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星海微萤(文摘版)

为天文研究工作者、天文爱好者和大众提供有用的信息

 
 
 

日志

 
 

河外星系(2016 年 7—12 月)  

2016-07-31 17:18:26|  分类: 河外星系 |  标签: |举报 |字号 订阅

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宇宙的大小,我们如何测量?2016 7 1 日上海科技报)

科技新视野:Abell 2597最亮团星系图片(2016 7 3 日科技日报)

科学家揭开星系“熄灭”奥秘(2016 7 12 日参考消息)

罕见双星系重力透镜现象惊现(2016 7 29 日科技日报)

超大黑洞形成关键在高密度气体盘(2016 8 15 日科技日报)

哈勃望远镜拍摄到不对称的山猫座星系(2016 8 18 日科技日报)

幽灵星系尽含暗物质(2016 8 30 日中国科学报)

“蜻蜓44”开辟星系研究新方向(2016 9 3 日科技日报)

银河系外首次发现星系热核(2016 9 7 日科技日报)

科学家捕捉到黑洞吞噬恒星奇观(2016 9 19 日参考消息)

科技新视野:星系Markarian 1018图片(2016 9 25 日科技日报)

上海天文台在巨型旋涡星系中发现超大质量黑洞(2016 10 17 日中国科学报)

“独自生存”的超大质量黑洞首次现身(2016 11 5 日科技日报)

星系碰撞造就“太空之眼”(2016 11 6 日参考消息)

“超活跃分子”最高能量被捕获(2016 11 9 日科技日报)

宇宙深处“眼睛”回望地球(2016 11 11 日科技日报)

黑洞影响星系演化方式揭开(2016 11 16 日科技日报)

迄今最亮快速射电暴有望精准定位(2016 11 28 日科技日报)

2016 科学触角探寻谜之真相(节选)(2016 12 23 日科技日报)

悟空”捉“妖”:暗物质粒子探测卫星发现黑洞爆发(2016 12 30 日科技日报)

暗物质粒子探测卫星发现黑洞CTA 102伽马射线爆发(2016 12 30 日人民日报)

 

 

 


上海科技报 2016 7 1

宇宙的大小,我们如何测量?

河外星系(2016 年 7 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 

河外星系(2016 年 7 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

“让我们去宇宙里到处逛逛吧!”这是1920年美国天文学家哈罗·沙普利(Harlow Shapley)在华盛顿向一群听众发出的邀请。当时沙普利正打算举行和另一位美国科学家希伯·柯蒂斯(Heber Curtis)的辩论会,主旨是关于宇宙的大小。

沙普利和柯蒂斯的辩论

沙普利相信银河系直径大约30万光年。按照我们目前的最新认识,沙普利当时得到的这个数据几乎比实际情况大了3倍左右。但在当时,他的测量结果已经属于相当精确了。尤其难能可贵的是,他对银河系内部的一个参数计算地相当准确,那就是太阳系距离银河系中心的距离。沙普利认为,那些遥远星系的旋臂即便也是由恒星构成的,那它们在规模上也是无法和我们的银河系相提并论的。

但柯蒂斯不同意这样的观点。他正确地指出,在宇宙中存在着很多和银河系一样规模巨大的星系。有趣的是,柯蒂斯此番论点的出发点是,他认定银河系的规模肯定要比沙普利计算得到的结果要小得多。根据柯蒂斯的计算,银河系直径只有大约3万光年——这比现代测量数值大约小了3倍。

于是,这场辩论就出现了在现在看来非常有意思的的双方:一方计算的银河系大小比实际大了3倍,另一方则比实际小了3倍,而双方当时都对自己的结果坚信不疑,对对方的结果嗤之以鼻。当然,考虑到这是一场在差不多100年前举行的辩论,在测量上出现这样的误差完全可以理解。

宇宙距离阶梯一:无线电反射

今天,我们已经可以相当有信心地认为,银河系的直径大约为10万光年。而我们能够观察到的宇宙范围当然还要远远超越这一尺度。根据最新的理论,我们能够观察到的整个宇宙范围,即所谓的“可观测宇宙”的直径大约为930亿光年。那么我们究竟是如何得到这一结果的?

凯特琳·卡西是美国德克萨斯州奥斯汀德州大学的一名天文学家,专业是宇宙学。她指出,天文学家们已经发展出一整套天才的工具和手段,不仅用于计算地球到太阳系内其他天体的距离,也同样能够被用于测算星系之间的距离甚至是整个可观测宇宙的大小。测量所有这些距离的手段被称作“宇宙距离阶梯”(cosmic distance ladder)。这个阶梯的第一级是最容易的,而在今天,这一级阶梯也广泛借助于现代先进技术,那就是无线电反射。

卡西表示:“我们可以直接向近距离的行星表面发射无线电波并接收反射信号,比如金星和火星,并测量信号往返所需要的时间。这将可以给出非常精确的距离数值。大型射电望远镜,比如设在波多黎各岛上的阿雷西博望远镜就能够胜任此类工作。”

但使用射电望远镜测量太阳系之外天体的距离则显得有些不切实际了。此时,我们需要使用三角视差方法。

宇宙距离阶梯二:三角视差法

人类和许多动物一样,能够本能地判断自身与远方物体之间的距离,这首先要归功于我们长着两只眼睛。如果你把一个物体放在眼前,然后张开一只眼睛闭上另一只眼睛,然后换一边眼睛再重复,你会发现好像你放在眼前的物体稍稍移动了位置。这就是视差。类似这样两次观测之间存在的差异性能够被用于计算所观测物体的距离。

请想象有两只眼睛在太空中自由漂浮,且它们的位置分别位于太阳的两侧——其实这也正是我们正在做的事情——由于地球的公转运动,我们每一年都会有半年的时间在太阳的一侧,另外半年在太阳的另一侧。如此,当我们在冬天和夏天观察恒星时,就能够利用它们相对于遥远宇宙背景上的位置变化来测算其距离。

然而,这一方法也有其自身的局限性,那就是当恒星的距离太过遥远——大约100光年以外,此时这些恒星所显示出的视差值就太小了,无法进行有意义的计算。但即便在这样的距离上,我们也仍然远未接近银河系的边缘。

此时,我们需要一种被称作“主序拟合”的技术。其有赖于我们对不同大小的恒星(即所谓“主序星”)随时间演化过程的认识。

宇宙距离阶梯三:主序拟合法

有一件事是可以肯定的,那就是随着时间推移,恒星的颜色会逐渐变得更红。通过对这些恒星颜色和亮度的精确测定,并将这些恒星与那些距离较近、且已经运用视差方法测定过距离的主序星进行对比,通过这种方法,将能够大大延伸我们的宇宙测量标尺,从而得以估算更遥远的恒星的距离。

这一方法背后的基本前提是:我们认为那些质量相似,年龄相仿的恒星,如果它们的距离相同,那么它们的亮度也应该是一样的。但事实是,这些恒星看上去都是不一样亮的,这也就意味着它们的距离远近不同。当被用于此类分析时,主序星常常被视作一种“宇宙标准烛光”——只要测定它们的星等(亮度)就能推算它们的距离。这样的标准烛光遍布整个空间,以一种可预测的方式照亮着宇宙。

类似这种对于恒星亮度与距离之间关系的认识,在对更加遥远的天体进行距离测定时仍然显得十分关键——比如那些位于其他星系内部的恒星。然而,在这样的距离上,主序拟合测距方法已经开始显得力不从心,因为这些天体往往都在数百万光年之外甚至更远,对它们进行精确的测距变得愈发困难重重。

宇宙距离阶梯四:造父变星和宇宙标准烛光

1908年,美国哈佛大学的一名女科学家亨丽爱塔·勒维特取得了一项极其重要的发现:宇宙中存在着一类特殊的恒星,叫做“造父变星”(Cepheid variable)。

勒维特发现,这类特殊恒星的亮度会随着时间推移而发生变化,并且其亮度变化周期与其真实亮度之间存在直接关联。概括地说,就是造父变星的光变周期与其光度之间存在关联,且其光变周期越长,光度越大。因为天文学家们可以相对容易地测定光变周期,这样他们也就能够得到这颗恒星的真实亮度数据。于是,反过来,只要观察一颗造父变星的亮度,就能够计算出它们的实际距离。

哈勃同时也对一类白矮星爆发——即所谓Ia型超新星的亮度进行了测定。这些天体的亮度极高,能够在极其遥远的距离上被观测到,尺度可以延伸数十亿光年之遥。

由于这类特殊超新星爆发的亮度已经能够从理论上进行计算,天体物理学家们断定,所有的Ia型超新星的亮度都是基本相同的。这样一来,就像造父变星一样,只要观察它们的亮度便可以直接得到它们的距离数值了。也因为以上的原因,Ia型超新星和造父变星两者都被天文学家们亲切地称作宇宙中的“标准烛光”。

但在宇宙中,还有一种非常特殊的工具能够帮助我们对极端遥远的天体进行测距,这种工具就是红移。

宇宙距离阶梯五:红移

在日常生活中你或许有过这样的经验:当一辆救护车或者警车从你面前驶过,当车向你的位置驶来时,你会发现警报声越来越尖锐,而当车逐渐远去时,警报声调也就随之逐渐降低了。这一现象的背后其实是一种物理原理,被称作“多普勒效应”——当车辆向你靠近时,声波被压缩,频率增高,声音变得尖锐;反之声波波长被拉升,声调降低。

对于光波,情况也是类似的,只是尺度要精细得多。我们可以通过对遥远天体光线的光谱分析检测这种效应。恒星光谱中会有一些暗线,这是光源发出的光线中由于某些类型的元素被吸收而产生的吸收线。

观测显示,所有的星系都在远离我们,并且距离我们越遥远的星系远离的速度越快,这就是著名的哈勃定律,它背后的本质是宇宙的膨胀。和上面警报声的情况相似,星系远离我们的速度越快,其波长的拉升程度越明显,在光谱中的表现便偏向红端,被称作红移。那么基于哈勃定律可以发现,星系距离我们越远,它们光谱中表现出的红移量也会越大。因此,反过来对遥远星系光谱红移的观测也为宇宙膨胀理论提供了坚实的观测证据。

我们所了解到的任何宇宙知识,都源于我们使用探测器、相机,还有我们的射电天线,对于那些已经在宇宙中传播了数十亿乃至上百亿年之久的电磁波所做的观察和分析。天文学教会我们,我们并非宇宙的中心,我们甚至不是太阳系的中心,而太阳系也远非银河系的中心。

但有朝一日,我们或许将有机会飞行到远比今天我们所能抵达更加遥远的宇宙深处,当前我们能做的还只是仰望,但我们的思想却早已踏上远途。

晨风

 


科技日报 2016 7 3

科技新视野:Abell 2597最亮团星系图片

河外星系(2016 年 7 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

欧洲南方天文台发布Abell 2597最亮团星系图片。

 


参考消息 2016 7 12

科学家揭开星系“熄灭”奥秘

合众国际社加州里弗塞德78日电最新研究对星系“熄灭”,即停止孕育新恒星这一现象进行了全面调查。

“熄灭”是指不再产生新恒星。渴望摸清星系演化规律的宇宙学家一直以来都在试图搞清楚这些星系为何会停止产生新恒星。

加州大学里弗赛德分校研究人员进行的一项最新研究为我们描绘了一幅清晰的星系“熄灭”图景。美国《天体物理学杂志》上刊登的文章对此进行了详细描述。

“熄灭”的触发因素可分为外部和内部机制。究竟是哪种机制导致了星系“熄灭”,还要看星系的岁数有多大。

前加州大学里弗赛德分校研究生贝赫纳姆·达尔维希说:“基于可观察到的星系属性以及精密的统计方法,我们发现,总体而言,外部作用导致的‘熄灭’只发生在星系生命最后的80亿年间。而在这个最后阶段之前,也就是更接近宇宙初始的时间里,内部作用才是关闭恒星产生过程的主要机制。”

内部和外部“熄灭”机制通过掠夺星系气体或是向其提供并不适合产生恒星的气体而使其停止孕育新星。

从外部来看,将衰落星系拽入星系团可掠夺星系中的气体。与其他星系产生多重而激烈的引力碰撞也可掠夺星系的气体。星系冷却气体的外部供给也可以被关闭,使其无法得到新恒星形成所需的物质。

从内部来看,黑洞能加热气体使其无法冷却和凝结,而这正是恒星形成所必需的。黑洞还可产生喷射流、风和强烈的恒星射线,将星系的气体逼出去。巨大的年轻恒星和超新星也会产生类似的气体外流效果。

这些机制并非新发现,但研究人员一直都在绞尽脑汁地想要搞明白究竟是哪种机制最常引发星系“熄灭”。而他们也想知道,对于大型、小型、螺旋、椭圆、不规则形状等特定类型的星系来说,是否某些特定促发因素会更常见?此外,天文学家还想搞清楚每种机制作用的时长,以及“熄灭”在星系演化过程中所扮演的角色。

研究人员尚未找到所有这些问题的答案,不过最新发现已经开始揭开宇宙中这些神秘现象的面纱了。

天文学家巴赫拉姆·穆巴谢尔说:“我们发现,总体而言,外部作用的时间尺度相对较短,约为10亿年,且能更有效地‘熄灭’那些质量较大的星系。而内部作用对于那些密度较大的星系群来说则比较明显。”

“时间尺度非常重要,”穆巴谢尔说,“一个较短的时间尺度表明,我们需要寻找能够快速让星系‘熄灭’的外部作用。研究得到的另一个重要结论是,在新星形成停止的过程中,内部和外部因素并不是各自单独起作用。”

达尔维希和穆巴谢尔目前正在星系区域和整个宇宙网络中寻找其他的“熄灭”模式。

 


科技日报 2016 7 29

罕见双星系重力透镜现象惊现

科技日报东京728日电 (记者陈超)日本国立天文台的研究小组从“昴”天文望远镜的超广视野主焦点照相机(HSC)拍摄的照片中,发现两个远方星系受前方另一个星系影响,出现了极为罕见的双星系重力透镜现象。研究小组将这一独特的天体现象命名为“荷鲁斯之眼”。

从远方星系传来的光会受前面其他星系影响产生很大弯曲,这一现象被称为重力透镜效应。重力透镜效应特别是双星系重力透镜效应比较少见,实际观察到这种现象有助于解开星系基本性质及宇宙膨胀之谜,在科学研究上有非常重要的意义,但迄今很少能直接观察到这种现象。此次研究小组发现的这种罕见重力透镜效应,其背景两个星系呈现两只眼睛的形状,其他点状天体呈现出爱因斯坦环和圆弧状,中心部位是引起重力透镜现象的星系。

研究小组发表在美国天文学会《天体物理学》杂志上的报告称,他们详细研究后发现了不同颜色的两个环状天体,这是受重力透镜效果影响的背景有两个星系所致。通过分光观测,计算出引起重力透镜效应的星系距离为70光年(红移z=0.795)。研究小组利用设置在南美智利的麦哲伦望远镜进行了重新观测,成功测得两个背景天体的距离(红移)分别为90亿光年(z=1.30)和105亿光年(z=1.99)。

值得一提的是,这一重大成果是天文学者在授课时偶然发现的。日本国立天文台每年举办面向大学生的短期讲习班。研究小组在20159月的一次授课中发现了这一现象。小组负责人田中贤幸说:“他与参加讲习班的学生出塚杏沙一起观察HSC照片及分析数据时,偶然发现了呈圆形的星系。发现这样的罕见天体是能够观测广域天体的HSC和高解析度观察远方星系的‘昴’望远镜的成果。”

 

 


科技日报 2016 8 15

超大黑洞形成关键在高密度气体盘

科技日报东京814日电 (记者陈超)日本东京大学近日宣布,该大学泉拓、河野孝太郎等人的研究小组首次发现,在超大黑洞的成长过程中,一些高密度分子气体圆盘具有重要的气体质量供给源的功能,可以综合证明星系中心部位的气体质量流入和流出的平衡,符合“高密度分子气体圆盘内形成的大质量星体发生超新星爆发,气体中产生强烈乱流,促进向内侧供给气体”的理论模式。

该研究小组利用阿尔玛望远镜获得的高解析度电波观测数据,对附近星系中心超大黑洞周围数百光年范围的低温、高密度分子气体圆盘进行了调查。新的发现是接近揭开超大黑洞起源之谜的重要成果,该小组今后将继续对远方的黑洞天体进行详细观测,以增进对宇宙中黑洞成长的理解。

根据近年来的观测,多数星系中心普遍存在超过太阳质量100万倍以上的超大黑洞,但它们的形成过程仍是个谜,这也是现代天文学的重要课题之一。以前科学家就知道,超大黑洞吸收的气体量与星系中心星体形成率相关,即中心大量产生星体的星系,其黑洞的气体吸收率也增大。这意味着两种现象具有某种物理结构关系,星体形成驱动黑洞的成长,但对其详细机理尚不明了。

此次,研究小组利用“低温高密度分子气体”作为解决这一问题的突破口进行了观测研究。这是因为低温分子气体是星系中心部位星际物质的主要存在形式。特别是高密度分子气体是星体形成的母体,对于研究超大黑洞成长和星体形成之间物理关系最为合适。

通过对中心存在超巨大黑洞的10个星系进行分析,研究小组首次发现了高密度分子气体圆盘的质量与超巨大黑洞质量吸收率具有很强的正相关联。研究结果认为,作为超大黑洞的质量供给源,附近的高密度分子气体圆盘起到了重要作用,而星系全体气体的多少对超大黑洞成长并没有影响。

研究报告在线发表在日前出版的《天体物理学杂志》上。

 


科技日报 2016 8 18

哈勃望远镜拍摄到不对称的山猫座星系

河外星系(2016 年 7—8 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

据国外媒体报道,这个被命名为NGC 2337的星系,位于2500万光年之外的山猫座内。NGC 2337是一个不规则星系,意味着它和宇宙中四分之一的星系一样,缺乏一个易于辨认的规则外形。法国天文学家爱德华-史蒂芬于1877年发现了这个星系,同年他还发现了史蒂芬五重星系。

尽管相较于更加对称的旋涡星系和椭圆星系,不规则星系很难说得上“好看”。天文学家仍然认为它们是非常重要的。有些不规则星系可能一度曾为哈勃序列中的某一种规则星系,但在路过的另一个星系的作用下发生了扭曲,从而导致了自身的解体。如此,不规则星系给了天文学家一个进一步了解星系演化与星系间相互作用的机会。

除了星系自身的瓦解,星系间的重力相互作用可以促进受作用的星系内部生成新的恒星。也许这就可以解释为何有大量的蓝色光点散布在NGC 2337内的各处。这些或成片平铺,或三两成群的蓝色光点,意味着一个个新生成的炽热恒星。

 


中国科学报 2016 8 30

幽灵星系尽含暗物质

河外星系(2016 年 7—8 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

图片来源:Pieter van Dokkum, Roberto Abraham, Gemini, Sloan Digital Sky Survey

 

银河系有一个黑暗“孪生兄弟”。一个名为“蜻蜓44”的幽暗、巨大星系含有创纪录的99.99%的暗物质,并且能帮助重写人类关于星系形成的理论。此项研究日前发表于《天体物理学快报》。

虽然从质量上看,“蜻蜓44”是银河系的“分身”,但在恒星数量和结构上却与后者相反。这个星系没有银河系标志性的螺旋结构,也不是一个平面的“圆盘”。

2014年,来自美国耶鲁大学的Pieter van Dokkum和同事利用一组长焦镜头发现了该星系及其邻居。当研究团队瞄准位于距地球3.2亿光年的巨大星系团——后发座星系团中的“蜻蜓44”时,他们探测到47个模糊的斑点:至少和银河系一样大的星系,从头到尾有10万光年的距离,但包含很少的恒星,以至于它们发出的光和矮星系一样暗淡。

对于这些星系的出现有两种解释。一种是迄今尚未探测到但被认为构成宇宙中约85%物质的暗物质将它们紧紧包裹。又或者它们是不稳定的——“暴力”的后发座星系团正在将其撕成碎片。

为查明真相,van Dokkum和同事利用位于夏威夷莫纳克亚山的10米凯克II望远镜上的光谱仪,观察了其中最大的一个星系——“蜻蜓44”。这使该团队得以追踪其含有的极少恒星围绕该星系移动的速度有多快,并由此计算出它的质量:较快的速度意味着更大质量的星系。

研究人员发现,这些恒星以每秒47公里的速度运行,从而使“蜻蜓44”的质量约是太阳的10000亿倍。由于其含有的正常物质非常少,因此它肯定包含了99.99%的暗物质,以便将其自身聚拢在一起。“蜻蜓44”甚至打败了今年早些时候在室女座星系团发现的另一个同样昏暗、暗物质含量达99.96%的星系。不过,对于这些昏暗的星系是如何形成的,天文学家仍然非常困惑(徐徐)

 


科技日报 2016 9 3

“蜻蜓44”开辟星系研究新方向

——3亿光年外存在99.99%由暗物质组成的“幽灵”星系

本报记者 张梦然

河外星系(2016 年 7—9 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

“蜻蜓44”星系

 

一个国际天文学家团队日前发表报告称,已观测到一个有史以来暗物质组成比例最高的星系。其名为“蜻蜓44”(Dragonfly 44),星系99.99%皆由暗物质组成。这一惊人发现让科学家意识到,当前我们对星系的认识仍如此微不足道,而“蜻蜓44”星系开辟了一个全新的研究方向。

质量与银河系相近

“蜻蜓44”星系距离我们3亿光年。从宇宙的尺度上来看,两个星系之间这一距离并非十分遥远,但在过去的数十年间,天文学家一直没能发现这个“幽灵”,原因就是作为一个星系它实在太暗了。

“蜻蜓44”是人们观测到的最大星系之一,质量为太阳质量的一万亿倍,这与我们身处的银河系质量非常之相近,但该星系拥有的天体却比银河系还要少100倍左右,所以才一直被观测设备忽略。直到去年,天文学家们终于从后发座星系团中将其识别出来。

据《连线》杂志与《新科学家》杂志在线版文章称,这个国际天文学家团队于2015年透过位于夏威夷的凯克天文台与双子星天文台发现了“蜻蜓44”星系,可观测到的天体数量非常之少,但进一步的后续研究很快显示出这绝非一个寻常星系。

因为按常理,像“蜻蜓44”星系中星体如此匮乏的情况,它很快就会分崩离析,除非有其他的物质起到了“束缚”的作用——答案指向暗物质。

几乎由暗物质组成

暗物质研究是宇宙学中最具挑战性的课题,它影响了宇宙的历史,但寻找的过程却甚是艰难。因为对于人类来讲它实在太“暗”了:我们根本看不到暗物质发光,亦看不到它辐射其他粒子。暗物质存在的证据一直是通过引力得来,而其存在的形式(以粒子形式存在或是处于人类尚未知晓的状态)仍不可知。

为了探明“蜻蜓44”星系中的情况,天文学家利用凯克望远镜配备的DEIMOS(深太空星系成像的多天体光谱拍摄仪),在6个夜晚的时间里共观测该星系内天体的运行速度达33.5小时,数据显示“蜻蜓44”的星体运行速度非常快,约每秒47公里。

研究人员表示,通过对恒星运动的分析,可以得知那里存在多少物质,而不管它是什么形式的。在“蜻蜓44”星系中,恒星的运动情况已无法用这个星系中那些恒星本身的质量来解释了,最终研究人员得出结论:在这里,99.99%为暗物质,只有0.01%为我们熟知的常规物质。

那里发生了什么?

这样一个奇怪的、闻所未闻的星系,究竟是如何形成的?天文学家遗憾地表示,现在仍然不知道——“蜻蜓44”星系与目前人们对星系形成的观念背道而驰。

相关研究论文的合著者、加拿大多伦多大学的罗伯托·亚伯拉罕认为,数据显示出“蜻蜓44”星系中的大部分恒星存在于一个个密度相对较高的团块结构中,这或许是理解其形成的一个重要线索,但在当前这个阶段,只能作为猜测。

不过,“蜻蜓44”星系的重大发现,可说是为科学界带来一个庞然大物般的暗物质研究目标。团队成员、美国耶鲁大学的彼得·冯·多库姆表示,它对于暗物质探索将具有重要意义。而与此同时,另一场竞赛已开始,各团队都希望能找到一个比“蜻蜓44”更加接近我们的大型暗物质星系,届时,科学家将从中寻找揭示暗物质粒子本质的信号。

 


科技日报 2016 9 7

银河系外首次发现星系热核

气体化学成分与系内同种天体的大不同

科技日报东京96日电 (记者陈超)由日本东北大学、东京大学、国立天文台和筑波大学组成的研究小组近日首次发现,银河系外的星系中刚刚诞生的星球被热核包围。通过对热核数据的详细分析,发现包围天体的气体化学成分与银河系同种天体相比有很大不同。这一结果显示,新生星球周围物质的化学性质受星系个性的强烈影响,这是对形成星球和行星的物质化学性质研究迈出的重要一步。

宇宙中存在有被称为热核的具有独特化学性质的天体。通常,诞生星球的分子云大部分温度极低(零下260摄氏度以下),碳、氮、氧等分子多呈冰柱状态。但是随着星体诞生,周围物质开始升温解冻,并以气体状态释放,形成大量升温的分子气体云,像蚕茧一样包围刚刚诞生的星体的暖分子云称为热核。热核由一氧化碳等单纯分子、水以及有机分子等对生命不可或缺的分子等多种气体组成,是天体化学领域的重要研究对象。

此次发现的天体是目前人类所见最远的热核,即大麦哲伦云,它是银河系邻近的年轻系外星系,距地球约16万光年。该星系与银河系相比重元素含量较少,这种低重元素环境与过去宇宙环境较为相似。为此,大麦哲伦云内部的天体也被认为是寻找宇宙中物质的化学多样性较好的突破口。

研究小组发表在《天体物理学杂志》上的论文称,他们对检测出的大麦哲伦云内部分子谱线特征与银河中相同天体进行比较,结果证实,大麦哲伦云的热核分子气体化学组成与银河内热核有显著不同,特别是大麦哲伦云热核的甲醇、甲醛、异氰酸等分子极少。研究小组分析认为,造成这种差异的可能原因之一是,热核形成之前的进化阶段中冰的生成反应不同。

此前,科学家知道银河系中猎户座方向猎户座KL区域的年轻星球就是具有热核的天体。由于望远镜性能不足以及适合观测的目标不足,之前观测热核仅限于观测银河系内天体。

总编辑圈点

大麦哲伦云是那位著名的麦哲伦航海到南半球时发现的。夜色里这片宽广美丽的迷雾,藏匿了多样的天体。此次发现证明,虽然是近在咫尺的伙伴,麦哲伦云的恒星和银河中的恒星从生下来就很不相似。一想到星空中还有无穷无尽的景观和生命可能性,不由得令人感慨:吾生也有涯,而宇宙也无涯。

 


参考消息 2016 9 19

科学家捕捉到黑洞吞噬恒星奇观

美国《华盛顿邮报》916日报道】题:科学家观察到黑洞吞噬恒星和喷发能量的现象

超大质量的黑洞是贪婪的野兽。它们巨大的引力会使它们吸入任何距离它们太近的物体,包括恒星。

天文学家首次清晰地在红外层面观测到黑洞吃掉恒星后的景象:它发出的耀眼的光在太空中回荡。

本周发表的两项研究利用美国国家航空航天局(NASA)的广域红外线巡天探测卫星(WISE,从红外光线的角度拍摄整个天空的太空望远镜)提供的数据描述了这些“潮汐力瓦解耀斑”。这两项研究一项是NASA的科学家发表的,另一项是中国科学技术大学的研究人员发表的。

NASA研究报告的主要作者、约翰斯·霍普金斯大学博士后研究员舒尔特·范费尔岑在一份声明中说:“这是我们第一次清晰地看到多个潮汐力瓦解事件引发的红外光。”范费尔岑的研究捕捉到了三个正在吞噬恒星的黑洞。中国的研究人员记录了第四个。

这些天文现象的术语是“星际潮汐力瓦解事件”。如果一颗恒星太靠近一个黑洞的视界(即“无法再返回的点”,甚至光都无法从这里逃脱),它就会被黑洞变化的引力拉长并撕碎。科学家称该过程为“面条化”,因为这一过程会将任何能承受它的东西拉长。

在吞噬恒星的时候,黑洞会发射出巨大的能量,包括紫外线和X射线,从而摧毁周边的所有东西。

范费尔岑说:“仿佛黑洞通过放火清理了房间。”

但在最强辐射可以到达的地方之外,一张灰尘构成的网在旋转。在距离黑洞数万亿公里的地方,这些尘埃粒子可以吸收恒星死亡期间放出的光,而不会被这种光摧毁。然后,这些尘粒会以波长较长的红外线的形式把光重新释放。科学家最近探测到了几次黑洞的X射线发射,它们似乎就是这一现象的信号。但目前的新研究首次捕捉到了相关的红外线。

WISE可以捕捉到恒星毁灭的“回声”。通过测量最初的光与后来的“回声”之间的延迟,科学家可以推测该恒星被吞噬时释放了多少能量。

这些研究还能让天文学家估计该尘埃网的具体位置,并理解它的一些最基本特性。它不仅是黑洞的外围,还代表着有关星系的核心部分。黑洞构成该星系的中心。这使观察潮汐力瓦解耀斑变得尤为有趣:它们还可以帮助科学家了解黑洞的秘密以及黑洞周围明亮的旋转区域。

 


科技日报 2016 9 25

科技新视野:星系Markarian 1018图片

河外星系(2016 年 7—9 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

913日,欧洲南方天文台发布星系Markarian 1018图片。该星系中央为一个超大质量黑洞。

 


中国科学报 2016 10 17

上海天文台在巨型旋涡星系中发现超大质量黑洞

本报1016日讯(记者黄辛)今天,记者从中科院上海天文台获悉,中欧射电天文学家近日在巨型旋涡星系NGC 5252的星系盘附近发现了另一颗伴有显著射电喷流的超大质量黑洞。相关成果发表于《英国皇家天文学会月报》。发现这类双黑洞系统,将有助于天文学家探索巨型星系和黑洞形成之谜。

NGC 5252是一颗距离银河系大约300万光年的巨型旋涡星系。2015年,天文学家注意到其星系盘附近存在一个结构致密的奇异天体CXO J133815.6+043255,它从高能X射线到射电波段都有很强的辐射。为了揭示其射电辐射背后的秘密,瑞典Onsala天文台博士、上海天文台客座研究员杨军领导了一支国际研究团队应用欧洲甚长基线干涉网,对其开展了史上最高分辨率的成图观测研究。

新疆天文台博士杨小龙表示,“从分辨率接近毫角秒的图像上看,这个奇异天体拥有结构致密的射电喷流。”其导师刘祥指出,“此喷流最有可能产生于一颗超大质量黑洞。”考虑到NGC 5252星系中心还存在着一颗超级黑洞,上海天文台研究员安涛强调,“两颗超级黑洞距离如此接近,并且都有射电喷流,这是异常难得的观测发现。”

这个黑洞是如何游弋到NGC5252星系附近的?这对超级黑洞是否最终会合并到一起?对此,天文学家目前尚无法给出明确答案,但如果能发现更多类似的成对超级黑洞系统,天文学家将能通过统计研究方法探索这类双黑洞系统的起源和命运。

 

 


科技日报 2016 11 5

“独自生存”的超大质量黑洞首次现身

科技日报北京114日电 (记者张梦然)物理学家组织网2日消息称,天文学家们利用超长基线阵列(VLBA),首次发现一个抛弃宿主星系、几乎“独自生存”的超大质量黑洞,这种情况极其罕见。研究人员表示,此类天体或许在宇宙中还有,但发现它们却可遇而不可求。

从地球角度可观测到的超大质量黑洞,位于大多数星系的核心。这些大型星系被认为是通过吞噬较小的同伴而生长起来的。成长后的超大质量黑洞,质量可达太阳的数十亿倍甚至一百亿倍,其亮度最终会使所在的整个星系相形见绌。但这并不意味着它们会抛弃星系而生存。

此次,包括美国国家射电天文台在内的多家机构研究人员,使用超长基线阵列制作了超过1200个星系的超高分辨率图像,并结合了之前通过红外及射电望远镜进行的大规模巡天观测。研究表明,几乎所有超大质量黑洞都盘踞在星系的中心,只有一个位于ZwCl 8193星系簇中的对象与该模式不符。

该超大质量黑洞被命名为B3 1715+425,所在的星系簇距离地球超过20亿光年。不可思议的是,该黑洞周围有一个与它的“体型”完全不匹配的小星系,而它却正在加速逃离另一个它本该身处其中的大星系。

天文学家分析认为,在数百万年前的一场“近身肉搏”中,较大星系是获胜方,剥离了较小星系内几乎所有的恒星和气体,却把它的黑洞“剩”下了。这个较小星系被蚕食后剩余的部分十分可怜,只大约跨越3000光年,而我们的银河系都要横跨10万光年。

团队成员表示,此次超长基线阵列的数据质量非常高,获得了超大质量黑洞高精度位置信息,从而发现这一此前从未遇到的情形。超长基线阵列是由位于美国国家射电天文台操作中心遥控的10架巨型射电望远镜组成的阵列,被认为是全世界最有贡献的仪器。

相关研究报告发表在《天体物理学》杂志上。

总编辑圈点

这个世界有很多例外。植物一般都是“自己动手,丰衣足食”,菟丝子却喜欢缠着别人,以寄生为道。原子一般都是质子、中子、电子组成的三口之家,氕原子却过着质子和电子的二人世界。超大质量黑洞一般都喜欢热闹的星系中心,此次发现的新成员却偏爱独居。这些例外,或许会带来科学的重大进展,或许只是增长我们的见识。无论如何,它们的存在都说明,世界如此多姿多彩。

 


参考消息 2016 11 6

星系碰撞造就“太空之眼”

河外星系(2016 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 


科技日报 2016 11 9

“超活跃分子”最高能量被捕获

重新确认爱因斯坦广义相对论

科技日报北京118日电 (记者张梦然)每日科学网7日消息称,天体物理学家测量到人类已知的来自遥远天体迸发的最高能量。该天体是一种相对论性喷流指向地球的“超活跃分子”,对其成功测量不但打开了一个研究宇宙中最高能量放射源的窗口,还将重新确认爱因斯坦广义相对论的相关内容。

此次研究对象名为QSO B0218+357,是一种宇宙中最活跃的高变能量源——耀变体。它可被理解成一种极其特殊类型的超大质量黑洞,处于寄主星系中央。当物质被拽向黑洞时,会有能量释放出来,其速度接近光速,这就是所谓相对论性喷流,而耀变体就是朝地球方向喷射物质流的活跃星系核,这也导致它与其他类星体相比更为高能的特征。

此次,天文学家利用大气伽玛切伦柯夫成像望远镜(MAGIC)成功捕捉到来自该耀变体的高强度伽玛射线爆发。MAGIC望远镜位于非洲加那利岛,擅长以伽玛射线频谱扫描天空。直径17米的主镜面使它成为同类别望远镜中最大的一台,其用激光自动调整聚焦,反射面能聚焦到微弱的只持续23纳秒(十亿分之一秒)的切伦柯夫光,可探测的最远距离为80亿光年。此次的天文事件就发生在70亿年前,而当时宇宙甚至还不到现在规模的一半。

马克斯普朗克物理研究所的科学家表示,QSO B0218+357最初被费米太空望远镜的大面积相机(LAT)发现,当时费米望远镜正在以比可见光能量高五千万倍的伽玛射线波段巡天。一经发现,团队立刻派驻守地球的MAGIC望远镜上阵——毕竟MAGIC可捕获的光子能量是费米LAT相机测量范围的几千倍,最终其不负众望成功获得这次测量。

天体物理学家之前从未曾在遥远天体中测量到如此高能量的光,该成果将带领我们认识这些宇宙中的神秘领域,并将再次确认广义相对论的相关理论。

总编辑圈点

跟科学家的天眼相比,普通人的肉眼能看到的世界是苍白的。依靠种种精密控制技术,现在我们已经能够聚焦遥远天体射来的所有波段的电磁波,并从中觅出宇宙诞生和发展的蛛丝马迹。从脉冲星和黑洞射出的高能量光线,到氢气云团散出的微弱电波,都被人类捕获了。中国制造的最大射电望远镜FAST能有何种发现?这更令人期待。

 


科技日报 2016 11 11

宇宙深处“眼睛”回望地球

河外星系(2016 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

欧洲南方天文台(ESO)近日发布了一张充满神秘色彩的图片,星云构成了奇特的图案,仿佛宇宙深处有一双“回望”着人类的眼睛。

这张图片是利用由阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)望远镜与哈勃空间望远镜的数据复合而成的,显示了宇宙中非常罕见的一种景观。

事实上,这是一对相互作用的星系,形成了仿佛是双眼的结构。这种类型的星系碰撞并不罕见,但人类很少能观测到。

ESO称,这可能是由于它们存在的时间很短,类似这样的结构往往仅持续几千万年,在宇宙的漫长时光中,只能算是眨眼而过。

(图片来源网络)

 


科技日报 2016 11 16

黑洞影响星系演化方式揭开

高速喷气可分散和加热星际气体

科技日报北京1115日电 (记者张梦然)物理学家组织网13日消息称,欧洲天文学家分析阿塔卡玛大型毫米波天线阵(ALMA)收集的数据发现,黑洞喷气可以通过分散和加热星际气体来影响星系中恒星形成。这一结果令研究人员备感鼓舞,它展现了未来对分子云检测的潜力,同时有助于加深对银河系演化及命运的理解。

气体会因重力被吸进质量巨大的黑洞,但又能摆脱重力影响喷射而出,形成一种黑洞喷气现象。之前的研究认为,这种气体最初缓慢喷出,之后甚至可以被加速至接近光速。

天文学家已经知道,一些星系的演化会受其中心特大质量黑洞的影响,在银河系中心同样盘踞着这样一个黑洞。此次,由希腊雅典大学带领的一组天体物理学家对星系IC5063的观察研究表明,有一个超大质量黑洞位于该星系中心,黑洞喷气通过在大面积上分散和加热大量气体来影响星系中的恒星形成。黑洞可以将星系中几乎所有冷气体全都驱逐,而没有足够的冷气体,星系不能形成新的恒星。

这项结论是基于欧洲南方天文台的阿塔卡玛大型毫米波天线阵收集的数据形成的。该阵列由66个天线组成,分布范围最远可达16公里,长于观测恒星形成过程中的引力坍缩以及遥远的红移辐射。研究团队在星系IC5063中发现,在大约1.6亿年前,流向中央黑洞的带电粒子被因高速旋转而产生的磁力线捕获,并高速向外排出高能电子流,加速了氢气分子云的外流,而这种流出同样影响了星系及恒星的演化。

相关论文发表在近期出版的《天文和天体物理学》杂志上。

 


科技日报 2016 11 28

迄今最亮快速射电暴有望精准定位

科技日报北京1127日电 (记者姜靖)最近出版的《科学》杂志载文称,科学家通过分析,将去年在太空中发现的快速射电暴定义为迄今为止最明亮的射电暴,其被命名为“FRB 150807”,同时通过测量,对其发生的位置进行了更精准定位。这一分析发现有助于了解星系之间弥漫的稀疏物质网——宇宙网。

快速射电暴持续仅几毫秒,但它在一瞬间释放的能量相当于太阳一个月释放的能量。尽管其爆发可能蕴含对恒星演化和宇宙学的有用线索,但爆发来源很难定位,限制了其在宇宙研究中的应用。

加利福尼亚理工学院研究人员维克拉姆·拉维说:“快速射电暴来源于数十亿光年之外的地方。通常认为,近一半的可见物质稀疏地散布在星际空间,虽然望远镜一般无法观测到这些物质,但可以通过快速射电暴对这些物质进行研究。”

当快速射电暴穿过这些散布在星际空间的物质时会发生变形,就像星星发出的光通过大气层会变形、闪烁一样。通过观察快速射电暴从产生到抵达地球的行程,可以了解宇宙的局部细节。拉维团队观测到,主星系中的物质仅导致FRB 150807微弱变形,这表明主星系的星际介质不像最初预测的那样混乱。

迄今为止,仅有18次快速射电暴被观测到。非常神秘的是,大多数快速射电暴只是单次爆发,并不会反复闪烁。由于望远镜分辨率问题,大多数快速射电暴虽能被观测到,但无法计算出其产生的确切位置。此次FRB 150807空前的亮度,使科学家能对其可能发生的位置进行更精确定位,并通过测量将范围缩小至几个地方,其中最有可能的是一个被称作VHS7的星系。

 


科技日报 2016 12 23

2016 科学触角探寻谜之真相(节选)

本报记者刘 垠

 

黑洞能否通往另一个世界?

今年5月,英国《每日邮报》报道,天文学家观测显示,邻近星系中的两个黑洞以超越“埃丁顿极限”的速度吞噬伴星。自从现代广义相对论诞生以来,黑洞便被科学家深深痴迷,即使已经有多种探测设备被应用于黑洞的探测,但人类对于这个未曾谋面的天体仍有许多未解之处。

在科幻小说中,黑洞往往被描写成通往另一个世界的大门,它可以将人们带到宇宙中遥远的角落,或带人前往一个全新的宇宙。1994年,史蒂芬·巴克斯特所著科幻小说《环》中有过这样的描写,因为空间中的任何物体都有旋转的倾向,如果奇点(黑洞自身质量会把它里面的物质和质量都压缩到中心的一个点上,这个点就是奇点)的旋转速度够快的话,它就不是一个点,而会形成一个环状,环状奇点就成为通往其他宇宙的大门。因此,黑洞可能就是虫洞,是一个连接不同时空的大门。

芝加哥洛约拉大学的物理学副教授罗伯特·麦克尼斯说,环状奇点是通往新世界的大门这一概念要想下定论还为时过早。因为,没人知道环状奇点是如何出现的。而且,只要当人们试图解决黑洞——虫洞中的数学运算时,就总会遇到难以使这道“大门”保持稳定的问题。另一个问题是,如果黑洞真的是通往其他宇宙的门户的话,我们应当能观察到从黑洞中凭空出现的物体,但目前还没有人观察到过这一现象。毕竟,就算只是意外事件,也总会有东西从其他宇宙中穿过来的。

所以,黑洞是否能带我们通往另一个世界还有待验证。

 


科技日报 2016 12 30

悟空”捉“妖”:暗物质粒子探测卫星发现黑洞爆发

新华社南京1229日电 (记者王珏玢)中科院紫金山天文台29日通报,暗物质粒子探测卫星“悟空”近两个月内频繁记录到来自超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发。这是暗物质卫星科研团队自卫星上天后首次发布观测成果。“悟空”观测到的现象表明,黑洞CTA 102正经历新一轮活跃期。

超大质量黑洞是宇宙中广泛存在的一类天体,它们的质量是太阳的几十万至数百亿倍,几乎在每个大星系、包括人类身处的银河系中心,都存在至少一个这样的黑洞。有些巨型黑洞在宇宙极早期就已经存在,它们如何形成、演变、反作用于星系,至今仍是未解之谜。但人类研究这些硕大的“宇宙妖怪”并非毫无办法。科学家已经发现,有一部分超大质量黑洞并非一直悄无声息,而会肆无忌惮地“大吃大喝”:它们吞噬的物质聚集形成吸积盘、并且产生强有力的喷流,使黑洞表现得异常明亮。这一类天体也被称作活动星系核,它们正是人类解开黑洞之谜的钥匙。

CTA 102就是一个著名的活动星系核。它于1963年被首次发现,其黑洞质量约为太阳的8.5亿倍,与太阳系距离约为80亿光年。科学记录显示,CTA 102上一次比较剧烈的活动发生在2012年。

我国于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”,主要目标就是通过空间观测宇宙射线和伽马射线,来探索宇宙暗物质和类似黑洞这样的宇宙“妖怪”。紫金山天文台暗物质卫星团队介绍,自今年10月以来,“悟空”频繁捕捉到来自CTA 102的伽马射线辐射。特别是1123日以后,“悟空”记录到明显增强的伽马射线爆发现象,这一爆发在1216日达到峰值。记录到的最高光子能量约620亿电子伏特,相当于静止质子等效能量的66倍。

这一观测结果也得到其他设备的印证。紫金山天文台1米近地天体巡天望远镜也观测到CTA 102的此轮爆发。根据望远镜记录,今年618日至1220日之间,CTA 102亮度持续增强。

CTA 102是‘悟空’捕获的第一个‘小妖’,我们将持续监测它的活动。相信借助‘悟空’的火眼金睛,未来还能‘抓获’更多的‘宇宙妖怪’,为人类认识宇宙万象提供有力的帮助。”暗物质卫星项目团队成员徐遵磊说。

“悟空”此项观测结果已在《天文学家电报》上发布。

 


人民日报 2016 12 30

暗物质粒子探测卫星发现黑洞CTA 102伽马射线爆发

“悟空”首擒“小妖”

河外星系(2016 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

中科院暗物质与空间天文重点实验室的工作人员在监控大厅监测卫星的位置移动情况(资料图片)。

  新华社记者韩瑜庆摄

 

本报南京1229日电  (记者姚雪青)记者29日从中科院紫金山天文台获悉:暗物质粒子探测卫星“悟空”近两个月内频繁记录到超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发,光学观测发现CTA 102开始处于新一轮活跃状态。这是暗物质卫星科研团队自卫星于去年发射后首次发布观测成果。据悉,这一观测结果已在《天文学家电报》上发布。

紫金山天文台副研究员、暗物质卫星项目团队成员徐遵磊介绍,宇宙中广泛存在着一类称作超大质量黑洞的天体,几乎在每个大星系的中心,都存在至少一个这样的黑洞,包括我们所处的银河系也同样如此。它们的质量大到数百亿倍太阳质量,小的也有数十万倍太阳质量。特别是有些巨型黑洞在宇宙极早期就已经存在了。它们如何形成,如何随着宇宙演变,如何反作用于星系演化等问题都是未解之谜。这些黑洞是不折不扣的宇宙“妖怪”。其中有一类这样的黑洞在大量地“吞噬”着其周围物质,“吞噬”过程中物质聚集形成吸积盘并且产生强有力的喷流,使其表现得异常明亮。这一类天体称作活动星系核,它们占所有星系的比例不到10%

CTA 102便是这样一个活动星系核,距离太阳系大约80亿光年,黑洞质量约8.5亿倍太阳质量。关于CTA 102,历史上还有一个有趣的故事。1963CTA 102第一次在无线电波段被发现时,人们曾经一度认为这就是外星文明发出的信号。甚至当后来看到变化的无线电信号时,还有人认为是高级智慧文明在作祟。进一步的观测发现它其实是一个活跃的黑洞,在吸积物质的时候形成巨大的喷流,产生相对论性粒子并辐射出从无线电直至伽马射线波段的电磁波。CTA 102上一次比较剧烈的活动发生在2012年。

我国于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”,主要目标就是通过空间观测宇宙射线和伽马射线来探索宇宙暗物质和类似黑洞这样的宇宙“妖怪”。自今年10月份以来“悟空”频繁地捕捉到来自CTA 102的伽马射线辐射,特别是自1123日开始“悟空”记录到明显增强的伽马射线爆发现象,在1216日达到峰值。目前记录到的最高光子能量为约620亿电子伏特,相当于静止质子等效能量的66倍。根据“悟空”此前记录的数据,天文学家还发现,在今年4月至6月,当CTA 102第一次进入“悟空”视场时就已经有较低水平的辐射。中科院紫金山天文台的1米近地天体巡天望远镜,也观测到CTA 102的此轮爆发,亮度持续增强。

徐遵磊告诉记者:“CTA 102是‘悟空’捕获的第一个‘小妖’。借助其火眼金睛,我们相信在未来它必将抓获更多的各色宇宙‘妖怪’,为我们认识宇宙万象提供有力的帮助。”

 

 

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