IT之家 6 月 7 日消息，历经五十年探索，天文学家终于发现证据，证实银河系中心的超大质量黑洞人马座 A*（Sgr A*）会释放强劲星风。这一发现，让人类对超大质量黑洞周边、以及银河系核心区域的物理规律有了更为深入的认知。 据IT之家了解，科学界很早便提出假说：黑洞吞噬物质时会释放能量，将周边物质向外推离，这一现象被称作黑洞风。人马座 A * 也存在这类活动，只不过它吞噬的气体和尘埃极其稀少，换算到人类身上，相当于每百万年才吃下一粒米。 难题在于，科学家始终未能在银河系中心找到黑洞风存在的实证，这也让该谜团在天文学界萦绕了近半个世纪，而如今谜底终于揭晓。 西北大学研究员、该项目联合负责人马克 · 戈尔斯基在一份声明中表示：“除非黑洞处于绝对真空环境，否则它必然会以某种方式吹出星风，而宇宙中并不存在绝对真空。借助最新观测数据，我们首次获得清晰影像，捕捉到了星风留下的痕迹。看着这些数据，我们确定：找到了，这就是科学界追寻了五十年的现象。” 科学界早已知晓，处于吸积状态的黑洞会向外喷射大量物质，包括喷流与星风。坠入黑洞的物质被加速至接近光速，产生的压力会推开后续下落的物质，黑洞风便由此形成。此前，人类在吞噬物质十分活跃的黑洞身上观测到过这一现象，但在活跃度极低的人马座 A * 周围却始终一无所获。一方面它吞噬的物质寥寥无几，另一方面，从地球视角来看，银河系盘面遮挡了它的身影，这都为追踪星风增加了极大难度。 项目另一位联合负责人、戈尔斯基在西北大学的同事莉娜 · 穆尔奇科娃指出，研究团队首次探测到了紧邻人马座 A*、为这颗超大质量黑洞供给物质的分子气体。这也证明，人马座 A * 和其他超大质量黑洞并无本质区别。 穆尔奇科娃补充道：“这股星风强度不算高，风向或许还会随时间改变。这说明我们星系中心的黑洞并非特例，人类在宇宙中的居所也同样普通。想要观测它，视线必须穿透银河系盘面，途中要穿过层层气体、尘埃与电离物质，想要清晰观测本就困难重重。” 为突破这些阻碍，研究团队依托阿塔卡马大型毫米波 / 亚毫米波阵列（ALMA）长达五年的深度观测数据展开研究。这座阵列坐落于智利北部，由 66 台射电天线组成，拍下了人马座 A * 周边约 3 光年内冷分子气体迄今最清晰的影像。 影像中有一处长达 3 光年的锥形空洞，这一发现令科研团队倍感意外。研究人员推断，这片空洞是黑洞风中的高温气体扫过该区域后形成的：高温气体要么将冷气体推至别处，要么将其加热。 戈尔斯基解释：“黑洞喷出的高温物质无法与冷气体共存，要么把冷气体推开，要么将其加热。一旦温度过高，原本可见的冷气体就会彻底消失。” 人马座 A * 周边恒星密布，恒星本身也会向外抛射物质星风，但团队判断，恒星风的能量不足以雕琢出如此巨大的空洞。 “这片区域出现了大范围的物质空缺。我们测算过，形成这片空洞所需的能量，远超周边所有恒星能够提供的总和。”戈尔斯基说，“显然，能量只能来自这颗超大质量黑洞。而且从锥形空洞的形态来看，它的指向正对着黑洞。” 为进一步验证结论，团队又参考了美国国家航空航天局（NASA）钱德拉 X 射线太空望远镜对同一区域的观测结果。 “非同寻常的发现，需要过硬的证据支撑。”戈尔斯基表示，“我们首先要排除影像伪影的可能，而钱德拉望远镜传回的 X 射线影像与我们的数据完美契合，分子气体的特征也完全对应。” X 射线影像在冷气体空洞区域探测到了 X 射线辐射，进一步佐证了 ALMA 阵列的观测结论。 穆尔奇科娃谈及发现过程时说道：“首次观测到全新现象时，大家第一反应并不是‘我们有重大发现了’，而是‘我的分析是不是出了问题’。直到将两组影像叠加比对，一切才豁然开朗。” 研究证实，相较于活动星系核这类身处明亮、动荡区域的活跃超大质量黑洞，人马座 A * 状态极为平静，但它释放的星风威力依旧不容小觑。科学家推测，这股星风已经持续吹拂了约两万年。 “宇宙中绝大多数星系，在绝大部分时间里都处于低活跃状态，只有进入剧烈活动阶段时才会被我们观测到。”穆尔奇科娃说，“研究活跃期的黑洞固然吸引人，但那并非黑洞的常态。而人马座 A*，终于让我们得以窥见处于平静状态下的黑洞样貌。” 该研究成果已于 6 月 4 日发表在《天体物理学杂志通讯》上。 参考资料： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae63cf
IT之家 5 月 27 日消息，我们的银河系并非一下子就形成了。数十亿年间，一个个小型星系（即矮星系）不断被吞并，银河系才逐步演化形成。 研究发现，这些被吞并的矮星系遗留下来的恒星仍保留着共同特征，如今科学家也愈发擅长识别它们。通过分析这些共性，科研人员便能追溯恒星原本所属的星系。一组天文学家表示，他们找到了 20 颗特征高度相似的恒星，这些恒星或许曾共同诞生于一个矮星系，研究团队将该矮星系命名为“洛基”。 赫特福德大学博士后研究员、本论文合著者费德里科・塞斯蒂托向 Space.com 表示：“我们或许发现了众多曾参与构建银河系的小型星系之一。” IT之家注意到，这项研究发表于《皇家天文学会月报》，是在塞斯蒂托此前研究的基础上展开的。新研究观测的这批恒星，正是他此前筛选出的目标。如今，塞斯蒂托及其团队掌握了更多可用于判断恒星本源星系的特征依据。 塞斯蒂托说：“本次研究可以看作是此前相关工作的延续。过去我们只能观测这些运动轨迹特殊的古老恒星，却缺少化学成分相关数据，而如今这项研究补齐了这一短板。” 同源共生的恒星 氢和氦是宇宙早期恒星的主要构成物质。恒星形成后，会将这两种元素聚变，生成更重的元素，进而孕育出下一代恒星。这一过程代代往复，持续了漫长岁月。 这类远古恒星被称作“贫金属星”。由于形成时间极早，它们体内仅含有微量铁等重元素。而“贫金属”这一特性，正是科学家判断恒星是否源自同一个矮星系的依据之一。 塞斯蒂托解释道：“我们认为，这些古老的贫金属星全都诞生于一个小型星系，后来这个星系被尚在演化中的银河系吞噬。” 不过，银河系内有大量恒星都属于贫金属星，单凭元素构成无法锁定来源。为此，研究团队结合了恒星的位置、运行轨道等其他特征进一步筛选。 塞斯蒂托介绍：“这些恒星的运行轨道十分特殊，它们聚集在银河系银盘附近，而银盘区域通常分布着更年轻、金属含量更高的恒星。” 银盘是银河系呈漩涡状的盘状结构，银河系绝大多数恒星（包括太阳）都坐落于此。这 20 颗恒星独特的分布位置，进一步佐证了它们拥有共同起源。 “能够得出这一结论，离不开对这些古老贫金属星精准的轨道测算与化学成分分析。”塞斯蒂托说道。 此前学界虽已观测并研究过它们的运行轨道，但本次新增的化学分析数据，让研究人员有了更有力的证据，证实这些恒星来自同一个星系。 独特的化学印记 为全面解析目标特征，研究团队综合运用了多种研究方法。 塞斯蒂托说：“我认为这项研究最有意思的地方，就是整合了各类技术与研究手段，一步步探寻这些恒星的起源。” 天文学家结合高分辨率光谱分析、轨道运动观测以及理论模拟，解读恒星的化学组成与运行规律。 “我们尽可能完整地描绘出了这批恒星的各项特性。”他表示。 团队将这 20 颗恒星的化学成分，与银河系晕星、已知矮星系恒星以及模拟恒星群进行对比。结果显示，它们的化学特征，受到了高能超新星、极超新星、高速旋转大质量恒星以及中子星并合活动的影响。 研究并未发现白矮星爆发留下的痕迹。研究人员据此推断，这些恒星的母星系，大概率是一个存续时间较短、活动剧烈的矮星系。 隐匿的古老星系 塞斯蒂托一直致力于搜寻这类远古星系，因为解开它们的谜团，能帮助人类更深入地认识银河系的整体演化历程。 “银河系中金属含量最低的一批恒星，也是宇宙中最古老的天体之一，有着极高的研究价值。”塞斯蒂托说，“它们就像一扇窗口，能让我们窥见银河系乃至整个星系的早期形成过程、宇宙元素的起源，以及初代恒星的各项特性。” 银河系周边或许还隐藏着更多类似“洛基”的矮星系。塞斯蒂托表示，在银河系外围寻找那些被瓦解、吞噬的小型星系相对容易，但想要在银盘内部找到这类天体，难度要大得多。 银盘内遍布年轻的富金属恒星，想要从中筛选出目标恒星，需要耗费大量时间。不过塞斯蒂托十分期待，未来能从银河系演化历程中挖掘出更多新发现。 他说：“虽然本次研究的观测恒星数量有限，但前景十分广阔。未来我们将借助多目标光谱观测设备，一次性获取数千颗恒星的化学数据。 到那时，我们就能更透彻地了解构成银河系的众多‘原始星团’的真实面貌。”
IT之家 5 月 24 日消息，我们对太阳系内的行星已有诸多认知，长期以来，我们都认为银河系其他区域的行星大致也是这般模样。岩质行星有着固定的结构：致密的金属内核、硅酸盐地幔，以及表层稀薄的大气层。这套结构用来解释地球完全成立。 但一篇提交至《天体物理学杂志》的最新研究论文表明，宇宙中绝大多数岩质行星或许并不遵循这一结构规律。人类在其他恒星周围发现的行星里，数量最多的是亚海王星：这类行星体积大于地球，却小于海王星。其近亲超级地球体型稍小，且大概率早已散失绝大部分氢元素。传统理论认为，这类行星的形成过程与地球基本一致，只是表层留存的气体体量有所区别。铁元素沉降至星体中心，硅酸盐岩层居于中层，氢气体则覆盖在最外侧。 然而新研究发现了特殊情况。在亚海王星内部的高压高温环境下，氢、硅酸盐与铁的性质和地球表层截然不同。温度超过 4000 开尔文时，氢与熔融硅酸盐会完全相融，不再互不相溶，而是融为一体，形成单一流体。这项研究成果已上传至预印本网站 arxiv，研究团队据此推演了这类行星的内部构造，得出的结论出人意料。 若行星捕获的氢质量占比不足自身总质量的百分之一，便会沿袭地球的构造模式，形成独立的金属内核。可一旦氢含量超过该比例，行星内部就会变为铁、硅酸盐与氢混合翻腾的统一流体，不存在内核与地幔之分，直至星体中心数千公里范围内，物质成分都均匀一致。 IT之家注意到，这与以往绘制的行星剖面图截然不同。行星内部结构，决定了星体冷却速度、大气留存能力以及半径的长期变化规律。研究团队表示，这种物质相融理论，能够解释过往分层结构模型难以说明的诸多系外行星特征。 其中一项特征便是半径空隙。詹姆斯・韦伯太空望远镜与开普勒太空望远镜观测发现，体型介于超级地球和亚海王星之间的行星数量异常稀少。 另一项特征是行星半径与公转周期的关联规律。若假设年轻的亚海王星会将大量氢封存于相融态内部，随着星体降温、物质相融区域不断缩小，氢会慢慢释放到外层大气中，上述两种现象便能得到合理解释。数亿年间，氢如同气泡一般从岩体中不断析出。 该理论具备可验证的实际推论，这也让这份研究不再局限于理论猜想。倘若氢持续从星体内部析出汇入大气层，年轻亚海王星的收缩速度就会低于传统模型的测算结果。 相较于对应星龄的理论体型，这类行星实际会显得更为膨胀。如今人类已观测到诞生仅数千万年的幼年恒星周边存在亚海王星，恰好可以验证这一特征。韦布望远镜与新一代凌星观测项目，将对此展开精准测算。 该理论也存在客观局限性。模型基于氢、硅酸盐、铁在实验室暂无法复刻的极端环境下的性质推演得出，不过高压实验技术正逐步跟进突破。这类行星的内部热量收支尚无定论，参数的微小偏差都会造成预测结果出现误差。同时研究采用的逆向建模方式，是依托观测星体数据反推形成机理，得出的结论偏向统计规律，而非绝对定论。 即便如此，这项核心观点清晰且极具颠覆性：银河系中数量最多的行星，内部构造或许和地球截然不同。我们熟知的行星致密金属内核，在宇宙中或许只是特例，而非普遍形态。地球反倒可能是与众不同的特殊星体。
IT之家 4 月 24 日消息，国际天文学家团队通过分析恒星年龄，首次明确了银河系恒星形成盘的外缘边界。 最新研究显示，银河系绝大部分恒星形成活动发生在距银心约 4 万光年以内区域。而在这一范围之外，恒星虽然仍然存在，但多数并非在当地新近诞生，而更可能是从银河系内部逐步迁移而来。 银河系的盘状结构并非均匀生长。星系以“由内向外”的模式演化：恒星形成活动从致密的银心区域开始，逐渐向外扩张。这一过程意味着，通常情况下，距银心越远的地方恒星越年轻。 研究团队分析了超过 10 万颗巨星的年龄与距离数据，并结合先进的星系演化计算机模拟，发现了一个 U 形的恒星年龄分布模式。在距银心约 3.5 万至 4 万光年范围内，恒星平均年龄随距离增加而下降的趋势发生反转，开始随距离增加而上升，形成一个年龄最小值。该年龄最小值与恒星形成效率的急剧下降相吻合，从而被确认为银河系恒星形成盘的物理边界。 “银河系恒星形成盘的延伸范围一直是银河考古学中悬而未决的问题。通过绘制恒星年龄在盘面上的变化图谱，我们现在得到了一个清晰且量化的答案。”论文第一作者、现任职于因苏布里亚大学的卡尔 · 菲泰尼博士表示。 为了排除其他银河系结构的干扰，研究团队聚焦于在主盘面上运行、轨道接近圆形的恒星，以此锁定盘面“由内向外”生长的信号。团队采用了来自 LAMOST 和 APOGEE 光谱巡天的数据，并结合了盖亚卫星的高精度测量结果。 论文合著者、马耳他大学的约瑟夫 · 卡鲁阿纳教授表示：“现有的数据使得日益精确的恒星年龄能够成为解码银河系历史的强大工具，这开启了关于我们家园星系发现的新时代。” 在恒星形成边界之外，仍能观测到大量恒星的存在。研究指出，这些恒星并非在当前位置诞生，而是通过一个称为“径向迁移”的过程抵达的。恒星在与银河系旋臂的引力波相互作用中，逐渐向外迁移，类似于冲浪者被海浪推向岸边，经历漫长时间驶向银盘外围。 “关于外盘恒星的一个关键点是，它们运行在接近圆形的轨道上，这意味着它们必然是在盘内形成的。”论文合著者、兰开夏大学的维克多 ·P· 德巴蒂斯塔教授解释说，“这些恒星并非由落入银河系的卫星星系散射到大半径处。” 支持径向迁移理论的一个关键证据在于 —— 距离边界越远的恒星年龄越老，因为恒星需要足够长的时间才能迁徙到更远的位置。这些恒星在迁移过程中维持着接近圆形的轨道，排除了它们因星系碰撞等剧烈事件而被抛射到外围的可能性。径向迁移是一个缓慢、随机的过程，恒星在不同时间捕获不同的旋臂波，反向年龄梯度正是这一机制的必然结果。 至于为何恒星形成活动在大约 3.5 万至 4 万光年这一特定半径处急剧下降，目前尚不清楚。主要推测包括银河系中心棒结构的引力影响，可能导致气体在特定半径处积聚；或者是银河系外围的翘曲结构，盘面的弯曲可能破坏了气体坍缩形成恒星所需的条件。 为了验证这一 U 形模式是否确实是高效恒星形成区域的边界，研究人员利用最先进的星系模拟进行了验证。来自上海交通大学的论文合著者若昂 ·A·S· 阿马兰特博士解释了超级计算机模拟在其中的作用：“在本次研究中，这些模拟帮助我们展示了恒星迁移如何塑造星盘的年龄分布，从而让我们识别出银河系恒星形成区域的终点。” 随着 4MOST 和 WEAVE 等下一代巡天项目提供更高精度的数据，天文学家将能够进一步细化这些测量，并有望确定是哪些物理机制定义了银河系恒星形成盘的边界。这项研究也标志着长期以来难以精确测量的恒星年龄，已成为银河考古学中一项强有力的工具。 IT之家附论文地址： https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558144