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距离一万光年的超级巨型星,天文学家发现巨型系外行星

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内容导航:1、距离一万光年的超级巨型星:17000光年外!天文学家发现巨型系外行星,怎么发现的?2、距离一万光年的超级巨型星,天文学家发现超级星团

1、距离一万光年的超级巨型星:17000光年外!天文学家发现巨型系外行星,怎么发现的?

当地时间3月21日,美国宇航局宣布了一条令人振奋的消息:人类确认发现的系外行星数量正式突破5000颗!

距离一万光年的超级巨型星,天文学家发现巨型系外行星

20世纪末,天文学家首次发现了系外行星。尽管当时的天文学家也相信其他恒星可以拥有行星,但是在如此遥远的距离下发现这样小的天体,还是能够让人感到不可思议。

从那时候开始,天文学家就开始了发现系外行星的步伐,并且建立了许多寻找系外行星的科学方法。其中,凌日法和径向速度法是最重要的手段,这两种方法帮助天文学家发现了绝大部分人类目前已知的系外行星。

所谓的凌日法,就是指一颗系外行星在运行到宿主恒星和地球之间的时候,会导致我们观测到的恒星亮度有微弱的变化。至于径向速度法,则是利用行星引力对宿主恒星的拖曳作用,导致恒星发生摆动,光谱呈现出变化来。

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(图片说明:系外行星艺术图)

这两种方法的确非常有效,但也有各自的弊端。尤其是凌日法,要求地球必须位于这颗系外行星所在的轨道平面内,否则这颗行星无法运行到地球和宿主恒星之间。而且,这颗系外行星还不能太远,否则宿主恒星本身就过于黯淡,人类现有的设备观测起来本身就非常困难,更不要提看到它的亮度变化了。

比如美国宇航局在2009年发射的开普勒太空望远镜,就是专门利用凌日法来寻找系外行星的。即便是对于开普勒来说,最多也只能观测到10000光年内的系外行星,对于更远的系外行星,它就无能为力了。

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(图片说明:开普勒太空望远镜)

不过,天文学家还是从开普勒的数据中,打破了界限,发现了一颗极其遥远的系外行星。打破这个界限的难度是很大的,他们不仅借用了开普勒的数据和凌日法的原理,还通过另一个天体物理学现象的结合,才取得了这样的发现。这个天体物理学现象,就叫做微引力透镜效应。

关于引力透镜效应,我们介绍过很多次了,这是根据爱因斯坦的广义相对论引申出来的现象。

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(图片说明:引力透镜效应示意图)

广义相对论指出:引力可以扭曲周围的空间,导致途经这里的光线也发生偏折。如果一个天体(前景天体)挡在地球和另一个天体(背景天体)之间,那么原本它可以挡住背景天体,但它的引力会导致背景天体的光线经过偏折传播到地球上,被我们观测到。

这种偏折类似于凸透镜产生的偏折效果,所以叫做引力透镜效应。我们知道,凸透镜也就是我们通常所说的放大镜,所以引力透镜效应不仅可以让我们看到在空间上被遮挡的天体,甚至还可以放大其图像,让我们看得更清晰。

至于微引力透镜效应,就类似于引力透镜效应和凌日法的结合。

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(图片说明:微引力透镜效应示意图)

当一颗前景恒星运行到背景恒星和地球之间时,会导致背景恒星的亮度产生变化。与此同时,如果前景恒星附近有一颗系外行星,那么它也会给背景恒星的亮度造成干扰。如果天文学接连看到一颗背景恒星连续出现两次亮度的变化,并且只发现了其中一颗前景恒星,那么另一颗就极有可能是它的行星了。

正是通过微引力透镜效应,天文学家们才有机会发现更多的行星。

有了巧妙的方法,还得有正确的观测方向。英国卓瑞尔河岸天文台的Eamonn Kerins博士介绍说:一颗背景恒星受到行星影响的概率,大约是几千万甚至几亿分之一。因此,如果漫无目的地通过这种方向寻找系外行星,效率是相当低的。

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不过,银河系中有一个地方,拥有着密集的恒星,可以大幅提到天文学家利用微引力透镜效应发现系外行星的效率,那就是银河系中心。这里有数以亿计的恒星,开普勒望远镜在2016年对这里进行了长达3个月的观测,获得了大量的数据。

在即将发表于《皇家天文学会月刊》上的一篇论文中,研究人员介绍说:他们在这些数据中发现了5个可能代表着系外行星的证据。由于开普勒望远镜的轨道比较特殊,它的观测数据和地表的观测数据可以形成三角测量法,这让研究人员们有机会验证了这5个证据,并确认其中一个确实来自于系外行星,他们将其命名为K2-2016-BLG-0005Lb。

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(图片说明:K2-2016-BLG-0005Lb的发现示意图)

根据观测,K2-2016-BLG-0005Lb和地球的距离是17000光年,这是开普勒此前发现最遥远的系外行星距离的两倍左右!

不仅如此,研究人员还获取了其他一些数据。他们发现,K2-2016-BLG-0005Lb是一颗质量略大于木星的行星,这意味着它应该是一颗气体巨星,而且其轨道半长轴也和木星差不多。它的宿主恒星比我们的太阳小一点,是后者的60%左右。

关于它的更多信息,目前现有的仪器都无法获得。而且遗憾的是,这种微引力透镜效应发现的行星也有一个弊端,那就是发现本身就具有偶然性,我们不一定什么时候才能遇到下一次对它进行观测的机会,这样的机会甚至可能在很多人有生之年都无法再次出现。

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(图片说明:K2-2016-BLG-0005Lb的发现图像)

作为弊端的另一面,这种方法也有其独特的优势。首先就是它能够让人类发现更加遥远的系外行星,大大拓展了我们的视野。另外,和凌日法、径向速度法通常只能发现距离宿主恒星很近的系外行星不同,微引力透镜效应可以让我们发现距离宿主恒星比较远的气体巨星,而且天文学家认为,气体巨星就是在这样的距离上形成的。

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(图片说明:罗曼太空望远镜)

在未来,美国宇航局还将发射更加强大的望远镜,尝试通过这种方法寻找系外行星,那就是南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。这台望远镜有望利用微引力透镜效应,在银河系中心发现1400颗系外行星,其中甚至包括100颗质量和地球差不多的行星。期待它早日升空。#宇宙##天文##系外行星#

2、距离一万光年的超级巨型星,天文学家发现超级星团

一个国际天文学团队利用平方公里阵列探路者(ASKAP),在一个名为SPT-CL2023-5535的合并星系团中发现了一个无线电遗迹,其研究成果发表了预印本平台《arXiv》上。

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无线电波遗迹是发源于同步加速器弥散,拉长的射电源,它可以提高我们对该星系团的了解,无线电波残留物通常以单对称弧或双对称弧的形式出现在星系团外围,但与合并冲击相关的射电遗迹数量很少。

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这些双重遗迹可以提供关于星团合并的信息以及会产生的影响,所以天文学家对这类物质尤其感兴趣。

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坐落在澳洲西部沙漠的平方公里探路者阵列射电望远镜,发现了SPT-CL 2023-5535(简称CL2023)这个大质量合并星系团,它的红移值为0.23,直径达到了72.2万光年,要知道银河系的直径才只有10万光年。

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此前的研究中发现了该星系团存在弥散射电源,但由于当时观测的空间分辨率不足,邻近的几个星系团中也存在明亮的射电源,无法确保无线电波就是从CL2023发出的,所以假设并没有被证实。

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近日由韩国延世大学金兴汉领导的一个天文学小组重新启动了对CL2023的研究,他们通过平方公里阵列探索器-宇宙演化地图(EMU),对CL2023进行了深度且高分辨率的无线电连续谱的观测。

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数据分析结果表明,在这个合并星系团内部的确存在一个无线电遗迹,托洛洛山美国洲际天文台的布兰科望远镜和NASA的钱德拉X射线望远镜对CL2023进行了更详细的观测,对一些数据进行了补充。

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他们在论文中写到:在合并星系团SPT-CL2023-5535中,ASKAP-EMUPilot300平方度的测量结果(800088 MHz)发现了星团的红色位移。

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研究发现,CL2023中的无线电波遗迹从星系团开始,在南北方向上延伸了大约160万光年,它位于射电晕的西侧边缘,和星团内气体发生了重合,而整个射电晕从CL2023开始延展,在东西方向拉长,整个大小达到了1.6x320万光年。

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与此同时,天文学家测出遗迹TO在1.4Ghz的射电通量密度为12.0mJy ,综合光谱指数为-0.76,由此计算出遗迹的射电通量密度约为16.2,证实了CL2023确实是一个大质量合并星系团。

说它大质量,它的质量究竟有多大呢?

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星系团由三个左右的亚星团组成,总质量至少是太阳质量的1040万亿倍,研究结果显示,正如预测的那样,CL2023是一个合并后的星系团。它的两个亚星系团在2亿到3亿年前遭受过一次重大碰撞。

根据现存的遗迹猜测,当时的碰撞应该在东西方向进行,即中东部亚星群碰撞的结果。

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星系团可以说是宇宙中最大的由引力约束在一起的结构,在宇宙中,有物质的地方就会有引力,有引力就会互相吸引,有碰撞的可能,所以星系团之间的碰撞和合并可谓是十分常见,当两个星系团发生碰撞合并成一个星系团时,它们不仅会形成更大的星系团,还会释放范围达上百万光年的宇宙冲击波。

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10亿年前,两个星系团合并产生了Abell 3667超级星系团,它距离地球大约7.3亿光年,在合并时制造了粒子爆发,根据汉堡大学和INAF的Francesco de Gasperin教授的计算,星系团合并时产生的冲击波范围达到了银河系的60倍,也就是近600万光年,它是自大爆炸以来宇宙中能量最强的事件之一。

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随后它发射了一波电子,像粒子加速器一样,起初的速度直逼光速。时至今日,这些粒子仍然以500公里/秒的速度飞行。

星系团都会发生碰撞,星系之间的碰撞就更为常见了

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大约在37.5亿年之后,我们所在的银河系就会和仙女座大星系发生碰撞,它们两者都是美丽的漩涡星系,但两个漩涡星系并不会合成一个更大的漩涡星系,而是会形成一个椭圆星系。

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星系之间的碰撞可能跟我们印象中的会有不同,它不像两个星球相撞那样猛烈,它更像是两个蜂群相遇交融,因为星系中虽然天体数量庞大,但星系的范围也很大,所以实际上星系的密度比较小。

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比如太阳最近的邻居是比邻星,但即便的最近的邻居,两者之间的距离也是太阳直径的三千万倍,这就好像两个相隔700公里的玻璃弹珠一样,哪怕中间再塞几个都没问题。

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不过两个星系交融过程中可能的确会有极小一部分的恒星和行星被弹射出去,但大部分都会慢慢融合成新的天体系统,整个合并过程从开始到完全结束大约会历经70亿年的时间,大约在发生合并45亿年后,天空将不再有分明的银河,能看见的只是一大团光晕。

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到时地球早已不适合人类居住,恐怕无人能目睹这样的奇观。

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