隐藏在星空中的演化树

Paula Jofré想要绘制银河系中每一颗恒星的星系谱系,这就像是追踪你的家谱,如果你的祖父母是超新星的话。

36岁的Jofré是一名天体物理学家,她专注于研究恒星的内部生命和历史。她测量恒星发出的光的波长,以此确定恒星包含哪些化学元素,以及元素的比例。

然后,她做了一件不寻常的事情:从生物学中借用一种技术来追踪恒星的演化。Jofré利用现代恒星的化学组成来追踪其恒星祖先如何在银河系中移动,就像一个考古学家检测古人类遗骸中的DNA以追踪一个族群的历史一样。她最著名的工作,也是她最引以为傲的研究,用这些化学元素作为DNA的替代物,绘制了银河系恒星的第一个谱系图。

追踪恒星的谱系

她是在剑桥大学一个艺术史学生组织的活动上获得这个想法的,那时她还在做博士后研究。在那里,她遇到了剑桥大学的人类学家Robert Foley,他向她展示了演化树如何追踪随着时间的推移,一个物种内各个成员之间的关系。突然间,她意识到,恒星也会把自己的一部分遗传给下一代。她想着,也许恒星的演化也可以追溯到过去。

很快,Jofré和Foley就在剑桥大学食堂的晚餐上敲定了“恒星谱系”计划。他们两人一致认为,恒星显然不像动物那样繁殖,但是濒死的恒星确实会将它们的化学物质传递下去。

这是因为恒星会形成碳、铁这样的重元素。当恒星死亡时,它们往往爆发并将这些元素散布到整个宇宙。新一代的恒星由包含这些元素的坍缩气体云产生,因而也就从上一代恒星中吸收了元素。

这样就诞生了一个“家族”。来自于相同气体云的恒星应该具有几乎相同的化学组成,类似于兄弟姐妹拥有类似的DNA。这个类比非常接近,Jofré、Foley和同事建立了一个三分叉的演化树来表示太阳与其21颗姐妹恒星之间的关系。(结果发表于2017年的《皇家天文学会月报》)

研究小组还报告说,其中两个分叉是已知的分组——一个由银河系薄盘中的恒星组成,另一个是围绕着薄盘的更古老的厚圆盘中的恒星组成。第三个分叉揭示了新的联系,这表明Jofré的技术不仅仅是映射已知的恒星关系,还能够揭示出关于过去恒星孕育的新信息。

○Paula Jofré和同事们从生物学中借鉴了一些技术,绘制出了太阳与其21颗姐妹恒星之间的化学关系。三个主要的分叉出现了:银河系薄盘中较年轻的恒星(红色,包括太阳),银河系较分散的厚盘中更为古老的恒星(深蓝色),以及位于两者之间的第三个分支(淡蓝色)。六颗恒星(黑色)与其他恒星之间没有明确的关系,但是更多的观测可以帮助将它们联系在一起。| 图片来源:P. Jofré et al/Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2017

Jofré说,通过扩展到更多的恒星族群,“就能够利用这些演化树来研究我们整个星系的演化,这非常激动人心。“

其他天文学家认为,这项技术虽然有点不正统,但是非常具有独创性。澳大利亚国立大学的天文学家Kenneth Freeman表示:”Paula Jofré给我的印象是非常有创新精神,她会看到其他研究人员看不到的东西。“

牛津大学的Payel Das是银河系项目的合作者,也是Jofré的密友,他称赞Jofré作为一名研究人员”非常勇敢“,”她很自信,这很好。我认为,我们现在尤其需要这种信心,因为我们正在经历女性在物理学和科学领域的危机。”

恒星家族之外的小家庭

面对少有人走的道路,Jofré从不回避。在她从圣地亚哥一所女子高中毕业之前,一位指导顾问向她的同学们讲述了选择一份能够给家庭留出时间的职业的重要性,比如说,一个人不应该选择像天文学这样的职业。

全班人都看着Jofré,因为她从孩提时代就对天文学感兴趣。然而,这个瞬间更加坚定了她的决心:“这个女人想要说,请不要这样做,这反而成为了我告诉自己,‘请这样做‘的理由。”

○ 天体物理学家Paula Jofré想要追踪恒星的谱系。 | 图片来源:MARÍA CECILIA ABARCA/UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES

关于天文学和家庭是否能够相容的问题比Jofré预想中更快出现:她和她的伴侣Thomas Maedler的第一个孩子在他们完成博士学位之前就出生了。他们的第二个孩子则是在她第一轮博士后研究期间出生的。作为他们研究生班里唯一的父母非常艰难,“只有你一个人的时候,你会觉得很孤独。”Jofré说。

然而,与那位指导顾问的警告相反,为人父母一直是他们两人的坚实基础,并帮助他们把注意力集中在重要的事情上。“我们不是满脑袋论文、论文、论文。我们四个人永远是一个小小的原子核,一个四处走动的小小原子。”

对于Jofré来说,科学与家庭密不可分——不仅是太阳的“家族”,还有她自己的家庭。

来源:原理

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