450萬年前擦肩而過的恒星

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翻譯：馬嘯然

校對(duì)：牧夫天文校對(duì)組

后期：王啟儒

責(zé)任編輯：王啟儒

原文發(fā)布于 skyandtelescope.com

在初冬的夜晚，大犬座β星（Mirzam，中名：軍市一）和大犬座ε星（Adhara，中名：弧矢七）在大犬座中熠熠生輝。他們會(huì)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間午夜前后出現(xiàn)在正南方附近，分別標(biāo)記著大犬座這只大型“獵犬”的前爪和后爪。然而，如果把時(shí)鐘撥回 450 萬年前，它們的模樣將大不相同：那時(shí)這兩顆恒星離我們近得多，亮度甚至可以輕易蓋過天狼星（Sirius）。更重要的是，根據(jù)科羅拉多大學(xué) Michael Shull 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在 12 月的《天體物理學(xué)雜志》上發(fā)表的報(bào)告，這兩顆恒星在我們太陽(yáng)系的地盤上留下了痕跡——它們?yōu)樘?yáng)周圍的氣體注入了巨大的能量。

這張地圖展示了位于太陽(yáng)系外側(cè)的局部星際云（Local Interstellar Clouds）。藍(lán)色箭頭顯示了這些云團(tuán)的移動(dòng)方向。黃色箭頭則指示了太陽(yáng)自身的運(yùn)動(dòng)方向。

Credit：NASA / Adler / U. Chicago / Wesleyan

天文學(xué)家是在研究太陽(yáng)系周圍的星際云時(shí)關(guān)注到大犬座 β星和 ε星的。他們重點(diǎn)觀測(cè)了距離太陽(yáng)約 30 光年范圍內(nèi)的 15 縷由氫和氦組成的彌散氣體。這些云團(tuán)極度稀薄，平均每3立方厘米僅含有1個(gè)原子，但其密度大約仍是銀河系星際空間平均密度的5倍。令人驚訝的是，這些原子中有相當(dāng)一部分處于電離狀態(tài)（即電子被剝離）。這很不尋常，因?yàn)樘?yáng)發(fā)出的高能輻射并不足以電離如此遙遠(yuǎn)的氣體。

早在 20 世紀(jì) 90 年代，天文學(xué)家就提出過三顆白矮星——G191-B2B、Feige 24 和 HZ 43A——可能是電離能量的來源。白矮星是低質(zhì)量恒星演化后的致密殘骸，它們能輻射出大量的紫外線，其能量足以把部分氫、氦原子的電子“撬”走。

藝術(shù)家筆下的“本地泡”（Local Bubble），這是一個(gè)由超新星爆發(fā)吹出的氣泡，如今恒星形成活動(dòng)正發(fā)生在這個(gè)氣泡的“表面”。一系列強(qiáng)烈的超新星爆發(fā)導(dǎo)致了這個(gè)巨大氣泡的產(chǎn)生，其內(nèi)部的熱氣體至今仍在產(chǎn)生電離輻射。

Credit：Center for Astrophysics / Leah Hustak (STScI)

不過，白矮星并不是唯一的“能量供應(yīng)”。同樣在90年代，天文學(xué)家還確認(rèn)了本地泡（Local Bubble）的存在：這是一個(gè)由超新星爆發(fā)形成的、充滿高溫氣體的巨大空泡，包圍著本地星際云，尺度可達(dá)300光年，并能發(fā)出大量紫外光子。此外，大犬座中的兩顆巨星——大犬座β與大犬座ε——也同樣能提供強(qiáng)烈的電離紫外輻射。

大犬座（Canis Major）包含位于狗的“前腿”末端的巨星——大犬座 β星。大犬座 ε星則位于“后腿”的末端。

Credit：Till Credner / Wikimedia Commons

要弄清這些不同來源各自貢獻(xiàn)了多少并不容易。Shull 形容這像一幅“不斷移動(dòng)的拼圖”：“太陽(yáng)在運(yùn)動(dòng)，恒星正遠(yuǎn)離我們，云團(tuán)也在漂移。”

為了得到更清晰的答案，Shull 及同事利用 Hipparcos（依巴谷）衛(wèi)星修訂后的距離數(shù)據(jù)，計(jì)算兩顆恒星的物理性質(zhì)與紫外輻射輸出（更新、更精確的蓋亞衛(wèi)星數(shù)據(jù)反而幫不上忙，因?yàn)檫@兩顆星太亮，超出了蓋亞傳感器的理想測(cè)量范圍）。他們還回溯了這兩顆星在過去數(shù)百萬年的運(yùn)動(dòng)軌跡：如今它們都在400光年以外；但在450萬年前，兩者都曾逼近太陽(yáng)到30光年以內(nèi)。

當(dāng)然，這仍比今天距我們約8光年的天狼星遠(yuǎn)得多。但作為 B 型恒星，大犬座β與大犬座ε的光度分別高達(dá)太陽(yáng)的約2.2萬到2.5萬倍。對(duì)比之下，天狼星A是一顆 A0 型恒星，光度只有太陽(yáng)的24倍。（天狼星 B 是天狼星 A 的白矮星伴星，由于它比其他白矮星更古老，溫度也更低，因此貢獻(xiàn)的紫外輻射并不多。）因此，在幾百萬年前，這兩顆巨星在夜空中會(huì)亮到視星等約 –4.1，在夜空中足以與金星爭(zhēng)輝。

天狼星 A 伴隨著一顆燃盡的恒星殘骸，即白矮星：天狼星 B（左下角可見）。白矮星產(chǎn)生的紫外線可以電離太陽(yáng)附近的氣體云，不過其他白矮星比天狼星 B 是更強(qiáng)的輻射源。

Credit：NASA / ESA / H. Bond (STScI) / M. Barstow (University of Leicester)

在計(jì)算出這兩顆恒星的性質(zhì)后，Shull 團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：在它們掠過太陽(yáng)附近的那段時(shí)期，它們對(duì)太陽(yáng)周圍星際云的電離作用，與“本地泡”的貢獻(xiàn)相當(dāng)。這也就幫助解釋了：為什么這些氣體云能長(zhǎng)期維持如此高的電離水平。

在這張大犬座的圖像中，標(biāo)注了巨星 Mirzam（軍市一）和 Adhara（弧矢七），以及明亮但非巨星的天狼星（Sirius）。來自 Mirzam 和 Adhara 的紫外線輻射可能在大約 450 萬年前它們經(jīng)過太陽(yáng)附近時(shí)，電離了周圍的氣體云。

Credit：Jan Hattenbach

太陽(yáng)周圍的電離歷史可能對(duì)我們自己的星球有著深遠(yuǎn)的影響。太陽(yáng)附近的這些星際云像盾牌一樣，能在一定程度上屏蔽地球，抵擋銀河系中高速穿行的高能粒子——否則這些粒子會(huì)破壞地球高層大氣中的臭氧層。臭氧層一旦削弱，就會(huì)讓太陽(yáng)輻射中能量較低、但同樣有害的紫外線更容易抵達(dá)地表。

未直接參與該研究的科羅拉多大學(xué)天文學(xué)家 Jeffrey Linsky 表示：“太陽(yáng)所處的星際環(huán)境變化，可能會(huì)對(duì)地球生命演化產(chǎn)生重要影響。”他認(rèn)為這篇新論文是我們理解本地空間區(qū)域歷史的一項(xiàng)關(guān)鍵進(jìn)展，并可能對(duì)地球氣候帶來重要啟示。

同樣未參與研究的衛(wèi)斯理大學(xué)天文學(xué)家 Seth Redfield 補(bǔ)充道：“盡管這次近距離掠過發(fā)生在數(shù)百萬年前，但有趣的是，我們今天仍能從本地星際介質(zhì)的性質(zhì)中看到它的影響。”這也讓他不禁發(fā)問：“我們周圍還留下些什么更早的相遇證據(jù)？而未來我們的宇宙鄰域又將迎來哪些新的邂逅？”

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來源: Reddit

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