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科维理天文与天体物理研究所团队在Nature主刊发表论文挑战传统演化理论
日期: 2014-12-18  信息来源: 科维理天文与天体物理研究所

星团是包含成千上万颗恒星的恒星系统,人们相信它们的演化规律已经被研究得非常透彻了。然而,对哈勃太空望远镜观测数据的最新研究可能打击了科学家的这一自信。

直到数十年以前,大质量星团都被认为是“单星族”的:所有的恒星都大约同时从同一片分子云里坍塌形成,因此要理解这些恒星系统的集体演化并不困难。然而,在那以后,这一认识被极大地改变了。大质量星团,尤其是它们当中特别年老的球状星团,被认为不再是由单一星族构成的,而是由年龄范围分布广泛的不同星族构成。

北京大学科维理天文与天体物理研究所和中国科学院国家天文台的天文学家,利用哈勃太空望远镜对银河系周边大麦哲伦云星系中的NGC1651星团进行了观测研究,并在Nature主刊发表研究结果表明:中等年龄的大质量星团可能依旧是由单星族构成的。

 
哈勃望远镜拍摄的NGC1651星团

众所周知,恒星一生的大部分时间都在核心产生氢核聚变(氢原子聚合成氦原子)反应,以维持自身发光发热,这样的恒星被称为主序星,它们分布在赫罗图(恒星有效温度和亮度分布的二维图)的主序带上。当恒星核心的氢原子燃烧完时,核心周围壳层的氢元素就开始燃烧,此时恒星就进入“转折区域”,演化到“亚巨星”带上,单星族恒星分布的亚巨星带十分狭窄。近十几年来科学家对年龄在10亿到30亿年的大质量星团(质量在50000个太阳质量以上)的观测发现,它们中的恒星在赫罗图上呈现出一个展宽的转折区域,这一现象长期被解释为恒星的年龄存在3亿年左右的弥散(即它们不是同时形成的)。

论文第一作者和通讯作者、北京大学的博士研究生李程远认为:“这一解释十分让人困惑,因为年轻的星团会在最初的数千万年时间内迅速消耗掉可供恒星形成的所有气体。”

科研团队通过对NGC1651星团的观测研究发现,尽管和其它星团一样,它的主序转折区域看起来似乎存在很大的年龄弥散(约4.5亿年),它的亚巨星支却十分狭窄,这标志着它根本没有任何年龄弥散:如果星团是由年龄连续分布的星族组成,这些恒星应该同时分布在一个展宽的亚巨星支上,令人惊讶的是,分析这些亚巨星分支的宽度表明,它们的年龄弥散最多不会超过8000万年。

星团内恒星在亮度-有效温度图(赫罗图)上的分布及与星族模型的比较

NGC1651星团可能是迄今为止所有星团中存在单星族的最好样本”,论文合作者、科维理研究所的理查德•德•何锐思教授说,“我们已经发现还有许多星团也存在类似的特征。”

研究团队认为,这一令人惊讶的恒星分布最有可能的解释是恒星在围绕自身主轴以不同的速率自转。论文合作者,国家天文台首席科学家邓李才教授评论说:“这一发现将终结近十年来科学家们关于这一话题的争论,正如同文章的同行审稿人评价的那样,这一结果‘可靠且令人鼓舞’。”

该研究工作以快报(Letter)形式发表在2014年12月18日出版的《自然》杂志上。

编辑:未天


   
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