來自其他星系的旅行者-銀河系中的超快恆星

作者：MARINA KOREN

翻譯：戈理

審校：山寺小沙彌

2005年，美國哈佛史密森天體物理中心的科學家沃倫布朗發現了一顆在銀河系中與眾不同的恆星：銀河系中數十億顆恆星中，大部分恆星的平均移動速度是每小時八十萬千米或者每小時五十萬千米，而這顆恆星的移動速度是平均移動速度的三倍，達到了每小時二百五十萬千米或者一百六十萬千米（這樣的速度可以和光速相提並論了），因此被稱為超快恆星。

天文學家陸續發現了大約二十顆超快恆星。他們一直試圖搜尋超快恆星的起源。而天文學家希爾在1988年發表的一篇論文預測了超快恆星的存在：超快恆星原本是雙星系統中的一個，但是這個雙星系統因為太過於靠近銀河系中心的超大質量黑洞，從而與黑洞發生相互作用，黑洞捕獲了雙星系統中的一顆恆星，將它拉近自己的軌道，彈射了另一個，所以給了這顆恆星非常大的初始速度。

藝術家對超快恆星的想像 作者：阿曼達·史密斯

但是來自劍橋大學天文學研究所的博士生鮑貝特對這種解釋並不認同：「這能成為最好的解釋只是因為這是當年唯一的解釋。」 2017年7月4日，鮑貝特和他的同事在皇家天文學會月報發表文章，基於望遠鏡觀測和計算機模擬的結果，給出了新的解釋。他認為銀河系中的超快恆星並不起源於銀河系，而是來自大麥哲倫星系的逃逸恆星。大麥哲倫星系是一個比銀河系小的矮星系，其中的恆星繞著星系中的軸高速旋轉。在大麥哲倫星系中，雙星系統中的一顆恆星發生了超新星爆發，超新星爆發的能量給了雙星系統中倖存恆星巨大的推動力，從而使它能夠擺脫矮星系的引力，飛向新的星系。超快恆星來自於大麥哲倫星系，這一理論很容易解釋為什麼銀河系中超快恆星大都聚集分布在獅子座和六分儀座附近，而傳統的黑洞理論難以解釋為什麼我們只在特定方位發現超快恆星。如果銀河系中心的超大黑洞將超快恆星彈射出去，那麼超快恆星會在銀河系中均勻分布，因為向各個方向彈射的幾率是相同的。

在宇宙中移動的恆星 來源：新浪科技

天文學家之前在銀河系中觀測到這種過程，雙星系統中的一顆恆星超新星爆發從而推動另一顆恆星，但這種過程並不足以產生超快恆星所達到的速度。鮑貝特認為產生超快恆星並不需要黑洞這種以現有技術難以觀察的極限條件，用雙星系統中的超新星爆發這種常見的早已被研究觀測的現象就足以解釋，只要這種過程是在別的星系發生的即可。鮑貝特在閱讀一篇描述大麥哲倫星系的論文中想到這個理論。大麥哲倫星系以每小時一百四十萬公里的速度相對於銀河系運動，如果超快恆星是來自於大麥哲倫星系，那麼就很好解釋這種超快速度了。超快恆星在超新星爆炸的時期就已經得到了非常高的速度，而當我們以銀河係為參考系觀測它們的速度時，他們的速度就會更快了，就好像我們把恆星當作炮彈放到大炮里，然後再把大炮放在高速行進的火車上一樣。

蛇夫座ζ星，一顆穿越太空的超高速恆星 來源：新浪科技

鮑貝特和他的同事的數據分析，使用了斯隆數字巡天系統的數據，而斯隆數字巡天系統已經掃描了天球的三分之一併觀測了超過一百萬個天體。他們將所有他們已經知道的數據，包括大麥哲倫星系的恆星生成率和雙星系統所佔全體恆星的比例，輸入計算機進行計算。在模擬超過二十億年的星系演化之後，他們發現模擬結果中很多雙星系統在經歷超新星爆發之後可以逃離大麥哲倫星系並最終進入地球所在的銀河系。

鮑貝特的方法預測銀河系有更多的超快恆星，大約有一萬顆藏在未被望遠鏡注視到的角落裡。這些恆星的速度如此之快，以至於它們很有可能在之後的幾億年中逃離銀河系，甚至成為其他星系的一員。就像產生時其伴星所經歷的超新星爆發一樣，有可能它們自己也經歷超新星爆發，最終剩下中子星殘骸或者黑洞，正如模擬中很多超快星體在離開大麥哲倫星系時還是恆星階段，而進入銀河系時成為中子星或黑洞。基於超快恆星產生於黑洞的研究已經進行了幾十年，鮑貝特知道自己的新理論或許會遭到學術界的懷疑，他希望歐洲航天局的蓋亞項目能夠為接下來的研究提供更多的數據。2013號發射的蓋亞航天飛船將會在明年發布第一次觀測的數據，而蓋亞的任務是監測和測量銀河系近十億恆星的位置和速度。

直到現在，超快恆星依然佔據著宇宙極限速度的排行榜，與我們生活尺度中到的汽車速度每小時七十公里相比，超快恆星的速度提醒著我們在浩渺宇宙中的弱小。

編輯：山寺小沙彌

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