这个星团的恒星为啥颜色各异?

这是位于智利的拉西拉天文台(LaSillaObservatory)的MPG/ESO2.2米望远镜所捕捉到的野鸭星团的图像。图片中心的若干蓝色恒星就是该星团的恒星。野鸭星团中的每颗恒星都有大约2.5亿年的历史,比星团周围的恒星历史更久远、颜色更偏红。

星团中的恒星究竟是来自许多个际代,还是都属于同一代?长久以来,这一直是科学家们追问的问题。据《自然·天文学》杂志11月5日刊发的一篇研究论文称,在美国亚利桑那大学(UniversityofArizona,简称UA)与韩国天文学和空间科学研究所(KoreanAstronomyandSpaceScienceInstitute)共同参与的合作项目中,由韩国和比利时科学家组成的研究小组利用UA和美国史密森天体物理天文台(SmithsonianAstrophysicalObservatory)联合运作的MMT望远镜在野鸭星团中找到了该问题的答案,从而解开了这个被称为开放星团的恒星群的谜团。

天文学家们曾经一直认为,许多开放星团都是由单代恒星所组成的,因为恒星一旦形成后,它们的辐射就会吹散附近形成新恒星所需的星际物质。然而,在野鸭星团——科学家们称之为梅西耶11(Messier11)或M11——中亮度相同的恒星却呈现出不同的颜色,这就意味着它们的星龄不尽相同。科学家断定,除非他们在研究中错过了恒星演化过程中某些重要的线索,否则在这群大约汇集了2900颗恒星的星团中,恒星色彩范围扩大的原因中必定还另有隐情。

韩国庆熙大学的BeomduLim领导的这个跨国天文学家团队经研究发现,并不是恒星的年龄造成它们呈现出不同的颜色,而是它们的旋转特征导致了这一颜色差异。天文学家推测,开放星系团中包含的成千上万颗恒星都是由同一个巨大的气体云所形成的。这些恒星大小不一,从比我们的太阳大几十倍的、寿命短暂的巨型蓝色恒星,到能燃烧100亿年以上的长寿低质量矮星。每颗恒星的亮度和颜色随着星龄的增长而变化,这使得科学家们能够对它们的年龄加以确定。

具体说来,当恒星旋转时,它的一侧面向地球转动,另一侧朝着远离地球的方向转动。这样,这颗恒星向地球旋转的那一半所发出的光的波长看起来就被压缩变短了,使得这颗恒星发出的光看起来比不转动时更蓝,而远离地球的那一半的光的波长则看起来被拉长延展了,从而让它的光看起来更红。这种挤压和拉伸导致了光谱线在一定波长范围内延伸,而不仅仅只是在某一个波长点上出现尖峰。事实证明,野鸭群中恒星的光线在光谱上呈现的多样性,并不是因为不同的星龄,而是因为它们各自不同的旋转周期。

另外,光谱的研究数据还表明,这些恒星的旋转也速度不同。Lim和他的团队通过计算机模拟实验,测算出了每颗恒星旋转的速度。他解释道:“一个快速旋转的恒星在主序阶段的停留时间要比一个缓慢旋转的恒星要长。恒星多样而不同的转动速度,也导致每颗恒星寿命的不同。”打个比喻,旋转速度就像一颗恒星的“青春源泉”:它旋转得越快,就越能将充当恒星燃料的氢混合入它的核心,核心吸收的氢越多,恒星的寿命也就越长,从而也导致它看起来比其它的姊妹恒星更红。探究星系团中的恒星为什么色彩不一,根本原因是其诞生时所在的气体云让它们进入了特定的运动状态,这也将延长其中某些恒星的寿命。

编译:Jonathan 审稿:西莫

责编:南熙

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