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    10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

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      爱因斯坦

      当仰望夜空中的星星时,它们会以不同角度、颜色和聚类模式出现在你的视线之中。但当你凝视一颗恒星时不会立刻知道它是孤立的还是多星系统的一部分,也不会知道它的内部是明亮还是模糊以及它的具体位置。第一次观测后你所能知道的就只有它的亮度和鲜艳的颜色。事实证明,大部分肉眼可见的恒星都非常明亮,颜色异常显眼,而且距离非常遥远。

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      半人马座阿尔法星(左上),包括A和B两部分,同时它是与半人马座(圈)相近三星系统的一部分。半人马座β(右上角)几乎和半人马座阿尔法星一样明亮,但距离更远,从本质上来说它应该更亮。图片:Wikimedia Commons user Skatebiker

      距离较近的恒星,其中一部分是很明亮的,比如著名的半人马座阿尔法星和天狼星,需要特殊的设备和技术来观测它。1994年天文学家团队成立了近邻恒星研究协会(RECONS),这是研究地球附近恒星的研究联盟,以研究和了解离地球最近的恒星,并刚刚公布了最新的结果,以下是焦点所在。近邻恒星研究协会(RECONS)所做的是对整个天空进行最完整、最细微扫描式的研究调查,寻找在全年不同时间观测出现视差的天体。

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      图为迄今已知发现25秒差距内发现的所有恒星系统模拟视频截图(从0pc~25pc,本截图为25pc)

      当地球围绕太阳运行时,相对于天空中其他恒星来说它的位置发生了改变;就像你的手臂连同拇指在你眼前左右平移时,你会感觉到拇指似乎在晃动。最近恒星移动距离相对较远的背景恒星的位置需要六个月的时间。测量这个视差可以直接确定这些恒星的距离,而“距离最近”则被任意定义为在10秒差距内(32.6光年),所对应的视差为0.1或更大。下面这些是迄今为止最伟大的6个发现:

      Top1、现今在10秒差距内发现了316个恒星系统

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      在近邻恒星研究协会(RECONS)合作研究中,有191个恒星系统在10秒差距内被发现。现在有316个恒星系统被发现,只有红矮星、棕矮星和白矮星主导的系统陷入了争论之中。图片:T. J. Henry et al

      相比于一开始所知道的191个恒星系统这种进步程度令人难以置信。近邻恒星研究协会(RECONS)和其他搜寻附近恒星的团队发现多了125个新星系统,比以前增加了65%。此外目前这一团队已经能精确地测量所有视差,这是125个本身就较微弱的系统:

      • 79个由红矮星为主导

      • 37由棕矮星占为主导

      • 9个由其他矮星,如白矮星为主导

      许多恒星系统有多个成员,处于主导地位意味着它是这类恒星是系统中最亮、最清晰的恒星。在最新的数据发布中,近邻恒星研究协会(RECONS)已经宣布他们现在很有信心在10秒差距内发现超过90%。

      Top2、 明亮的恒星非常罕见,微弱的恒星是最常见

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      (现代)摩根-基南(Morgan-Keenan)光谱分类,图显示每个星级的温度范围以开尔文为单位。今天绝大多数的恒星都是M级恒星,25个秒差距中只有1个已知的O型或B级恒星,而我们的太阳是G级恒星图片:Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel

      将恒星分为有七种不同的类型:O、B、A、F、G、K和M,它们分别从最蓝最热到最红最冷。这些恒星的核心是通过核聚变将氢燃烧成氦(或更重的元素)。褐矮星是一颗没能大到成为M级恒星的恒星,而白矮星则有像太阳一样的核心——燃烧所有的核燃料后就会灭亡。在这316个恒星系统分别为:

      • 0个O级星体(0%)

      • 0个B级恒星(0%)

      • 4个A级星体(1.3%)

      • 8个F类星体(2.5%)

      • 19个G级恒星,包括太阳(6%)

      • 29个K类星体(9.2%)

      • 222个M级星体(66.5%)

      • 37个褐矮星(11.7%)

      • 9个白矮星(2.8%)

      这告诉我们附近恒星系统是由真正的恒星组成(O、B、A、F、G、K和M),其中高达82%的恒星是M级恒星——红矮星。

      Top3、最近O级或B级恒星的距离为79光年

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      猎户座伴随着巨大的分子云,其中包含着最亮的恒星。和这些恒星一样令人印象深刻是它们的位置远超于10秒差距。但因为本身就很明亮,所以显得很耀眼。10秒差距内只有51颗恒星是肉眼可见的。图片:Rogelio Bernal Andreo

      狮子座a星在B级恒星最微弱的一端,轩辕十四(狮子座a星)是狮子座中最亮的恒星,也是天空中最亮的第21颗星。O级和B级恒星如此罕见的原因是因为它们体积都非常巨大,而且生命是很短暂。一旦远离了恒星形成的区域——太阳(此时处于旋臂之间),它只会是附近相对较老的恒星。轩辕十四在B级恒星的一端已经生存了大约10亿年,在它进入生命周期下一个阶段之前没有太多时间,但是作为四星系统的一部分,它仍然逗留在那里。但是必须接近25秒差距外的地方才能找到它。

      Top4、10秒差距内没有中子星和黑洞

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      中子星是宇宙中最密集的物质集合之一(即密度最高),但它们的质量却有一个上限。一旦超过这个界限,中子星将进一步坍塌形成黑洞。图片:ESO/Luís Calada

      除我们所在的银河系外,老实说,必须走出去超过10秒差距的地方才能找到其中任何一个(中子星或黑洞)2007年科学家们发现x射线物体1RXS J141256.0+792204,名字为“Calvera”,并将其认定为中子星。这颗天体距离地球617光年,是离我们最近的中子星。要接近这颗中子星,必须一直走到距离3000光年远的V616麒麟座。所有在10秒差距内中确定的316颗恒星系统中,我们可以肯定地说,没有黑洞或中子星,至少在银河系中,这些天体是稀有的。

      Top5、目前有56个已知的系外行星在10秒差距内

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      TRAPPIST-1系统与太阳系相比较,TRAPPIST-1的所有七颗行星都可以放入水星的轨道内。通过提供行星的质量,半径,大气含量和轨道参数以及关于我们恒星的天文信息,具有先进技术的文明可以从远处识别我们的太阳系。图片:NASA / JPL-Caltech

      尽管有超过400颗已知的恒星在10秒差距内,但是只有26颗被确认有行星系统。旧的纪录保持者是HD 219134,有6个确认的行星和一个额外的候选行星,而距离最近的是比邻星b,仅有4.2光年。在40光年远地方的TRAPPIST-1只是被遗漏了。

      成功发射的TESS主要任务之一就是寻找围绕这些恒星旋转的行星。如果它发现、识别并能描述出它们的所在,那么未来的望远镜,如詹姆斯韦伯和目前正在建造的30米级望远镜将有机会观察到它们。如果大自然是善良的,人类将第一次在其他星球周围潜在的有生命的星球上寻找到生命迹象。

      Top6、多星系统是很常见

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      实际上,夜空中的所有星星都是单点光源,其中很多都是多星系统,大约有50%的恒星是在多星系统中出现。Castor是在25秒差距中拥有最多恒星的系统——六星系统。图片:NASA / JPL-Caltech / Caetano Julio

      可以很容易地在10秒差距内看到这样的景象,像太阳这样的恒星可能是独立存在的,但是双星、三星系统是很常见。离我们最近的恒星系统半人马座阿尔法星是一个三星系统,10个秒差距中甚至有两个五星系统——GJ0644和Alpha Librae。在316个已知的恒星系统中,有超过100个恒星是多恒星系统的一部分。科学家们想要做得更好,所以近邻恒星研究协会(RECONS)决定在过去的十年里将搜索范围扩展到25秒差距,在2014年的时候有了一些发现:

      • 533个恒星系统

      • 509个双星系统

      • 102个三星系统

      • 19个四星系统

      • 4个五星系统

      • 1个六星系统

      很早人们就已经知道了“六星系统”,它是夜空中第24颗最亮的恒星系统,距离地球只有51光年远,已经超过10秒差距,勉勉强强在15.7秒差距内。

      10秒差距内无中子星和黑洞,最近恒星的6大发现

      上图是显示了颜色与大小的标准HR图。正如最新研究发现的那样,额外的矮恒星有助于填补10秒差距内的最低点。图片:T. J. Henry et al. (2018), main, with NASA / CXC, inset

      最弱、最低质量的系统仍能在10秒差距内被探测到,但这并不能保证我们在附近观察到的东西代表了银河系和宇宙实际存在的东西。研究人员正在迅速地“接近”那些未被发现的恒星位置以及如何发现的极限。近邻恒星研究协会(RECONS)的科学家们自信地说:几乎可以肯定已经发现了所有的恒星系统。

      正如我们所知道的那样,太阳并不是一个典型的恒星,但它比宇宙中95%的恒星都要大。当研究进一步深入,将开始回答关于行星和生命的问题,而不仅仅是恒星。这是探索外太空包括太阳系以外空间的绝佳时间和机会!

      博科园-科学科普|文:Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

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