探索银河系形成奥秘:科学家绘制出超详细氢气地图
2016-11-16 09:04:28   来源:环球网
内容摘要
银河系是如何形成的?澳大利亚和德国科学家联合绘制出银河系氢气地图。科学家认为,氢气是生命最基本的元素,这份地图可以帮助人们更了解银河系的形成。

    澳大利亚和德国科学家绘制出一份超详细银河系氢气地图,绘制银河系氢气地图是两国科学家发起的HI4PI的计划的一部分。

    这份银河系氢气地图有助于科学家对银河系展开新的详尽研究,解释银河系形成的奥秘。

  根据报道,利用全球最大可操纵无线电望远镜的HI4PI计划,耗时10年,深度呈现包含太阳系在内的银河系内部和周围的所有氢气。

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    率领澳大利亚团队的澳国立大学教授麦克鲁葛瑞菲斯(Naomi McClure-Griffiths)表示,他们基本上整理出跟银河系有关、非常复杂的氢气地图。他补充说,氢气是最基本元素,是万物之源,他们取得的成就可以帮助人们更了解银河系的形成。

  这项研究利用位于澳大利亚帕克斯和德国埃费尔斯贝格的望远镜进行观测,绘制出银河系中性氢的地图。中性氢是太空中最丰富的元素,也是恒星和银河系的主要成分。这份地图首度揭露银河系中恒星间的结构细节。

  波昂大学天文学家科普(Juergen Kerp)表示,这项计划需要进行100多万次个别观测,采集约100亿个个别数据点,较先前研究有显着进步。他强调,虽然用现代无线电望远镜可以轻易探测到中性氢,但将整片天空绘制出来是个了不起的成就。 


【宇宙浩瀚星系是如何形成的?球状星团贡献大量恒星

    据外媒报道,现代天体物理学中一个最基本问题便是星系究竟是如何形成的?现在,一个由英国利物浦约翰摩尔斯大学的理查德·希文(Ricardo Schiavon)领衔的研究组正在这个问题上取得进展。

  我们生活在银河系中,这是一个包含了大约1000亿颗恒星的大型星系,除了恒星之外,银河系中还有大量的气体、尘埃以及巨量的暗物质,它们提供的引力让银河系聚合在一起。但银河系尽管如此巨大,它只不过是可观测宇宙中另外上千亿个星系中普通的一个,所有这些星系有着不同的大小,各异的质量、形状和颜色。我们想要了解这些形态各异的星系最初是如何产生并演化的,但对于这个问题,科学家们始终没有取得清晰的认识。

  比如说,星系形成的宇宙学模型无法给出我们今日所见恒星究竟如何形成的合理解释。但是了解星系的形成机制是非常重要的,如果没有星系形成机制的存在,宇宙中将不会出现恒星,也就不会有生命的存在。就在最近,科学家们终于在这个问题上取得了一些进展。本周一发表在英国著名学术杂志《皇家天文学会通报》上的一项研究对星系及其内部恒星的形成机制进行了阐述。

  特殊的恒星

  希文博士领衔的研究组发现了一组特殊的恒星,它们拥有不同寻常的化学成分,其成分中氮的丰度特别高。这些恒星很显然曾经属于某个球状星团,位于银河系的银晕结构之中。但这些恒星与现存球状星团中的那些恒星的性质又不同,这表明它们原本属于的那类球状星团已经不再存在了。

  符合逻辑的结论是:在银河系历史的早期曾经存在数量非常庞大的球状星团,但是这类星团现在几乎已经被完全消灭了。除此之外,这些新发现恒星的性质表明它们与银河系的银晕结构,而不是银盘之间存在某种联系。如果情况的确如此,那么被摧毁的球状星团至少构成了构成银晕物质的1/4。

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    神秘的球状星团

  天文学家们知道银河系中的一部分恒星是在银河系内部形成的,而还有一部分恒星则形成于银河系的卫星星系,之后被银河系吞噬进来。但我们至今不太清楚的一点是:这两种机制中哪一种占有更加重要的位置?

  婴儿期的恒星一定是成群出现的,恒星从来不会单独形成,这是科学界的共识。恒星诞生之后常常会分离开,但也有一些恒星群体至今还保留着,它们就是我们见到的星团。一般情况下有两类星团,其中一类是年轻的小质量星团,它们一般存在于银盘盘面上;另一类则是质量巨大但年龄较老的星团,它们存在于银河系的银晕结构内。

  球状星团内只包含有银河系恒星的很少一部分,但天文学家们认为它们隐藏着有关星系早期形成的重要线索。但问题在于,我们对于球状星团如何形成也了解不多。现有的理论模型认为大部分的球状星团是在早期宇宙中狂暴的巨大分子云中塌缩聚合而形成的。科学家们认为球状星团内包含有属于不同世代的大量恒星——有些年老的恒星已经消亡,有些还在,还有一些更加年轻的恒星,它们是由已经死去的恒星爆炸播撒下的物质形成的。

  然而,这些模型并无法重现我们在球状星团中观测到的一些细节。我们所确切知道的是,只有在宇宙早期的星系盘环境中,球状星团才能够大量形成。但讽刺的是,这些狂暴的星系盘对球状星团也并非友好的环境——研究认为绝大部分球状星团在形成之后很快就会由于与巨大分子云的碰撞而被踢出星系。

  而那些侥幸保存下来的球状星团(在银河系内部大约有150个)则可能在此过程中丢失了大量恒星,甚至是它的大部分恒星。但如果情况的确如此,那么应该就有大量原本属于球状星团内部的恒星现在散落在银河系各处。关于这个问题的答案就隐藏在恒星本身之中:它们的位置、速度和化学成分都在述说着它们的身世。得益于近年来相关探测技术的发展,大型巡天计划正在采集银河系内数以亿计恒星的详细信息。

  其中的一项巡天项目名为“阿帕奇角天文台星系演化实验”(APOGEE)。之所以让这个巡天项目显得与众不同,是因为它采用的是红外波段巡天,这是一种波长较长,我们人类的肉眼无法看到的辐射波段。这一点很重要,因为银河系银盘面方向上存在着大量的尘埃。对于可见光波段,由于尘埃的阻挡,我们是难以观察银河系盘面的。但在红外波段,尘埃的阻挡作用要低得多,因此APOGEE巡天计划便能够穿透这些尘埃物质并让我们得以窥见银河系更深处的景象。

  这让科学家们首次能够更加精确地估算银河系内一些关键化学元素的丰度。另外他们还探测到了一些罕见的恒星族,它们隐藏在大量普通恒星中间,很容易被忽略过去。

  这意味着什么?

  如果得到确认,这将对现有的星系形成模型构成挑战。比如说,APOGEE巡天的结果将能够帮助判断银晕的哪一部分是在银河系内形成的。它还将迫使我们修改关于球状星团形成机制的相关理论,在此之前这些理论在解释我们观察到的恒星氮丰度方面遭遇到巨大困难。

  但或许这项研究更为深远的意义还在于我们将会发现实际上球状星团是宇宙中最为典型而普遍存在的恒星新生区域。在过去的20年间,研究人员们已经对很多遥远的椭圆星系内部的一些恒星的平均化学成分进行了观测,它们被认为在成因上是与银晕中的恒星相似的。

  但有趣的是,观测结果已经显示在那些星系内的恒星一般倾向于有更高的氮、钾丰度,而这正是科学家们在球状新团中所观测到的现象。或许球状星团确实为宇宙中所有星系的形成贡献了大量的恒星,而这一点或许是我们此前还没有意识到的。一旦证实,这将是一项重要进展,甚至将颠覆我们此前关于星系成因的基本认知,其中也包括我们所在的银河系。


【研究显示地球海洋下方可能存在大量氢气

    氢气可以提供一个清洁的替代燃料,但它并非没有问题。现在,氢气通常来自于另外一种能源。目前美国使用我的氢气95%来自天然气重整,其包括使用高温蒸汽。

    但是,美国杜克大学尼古拉斯学院的研究人员进行的一项新研究称,已在地球板块运动形成的蛇纹石岩当中发现丰富的氢气。蛇纹石岩,以蛇皮状表面而得名,当海水遇到地幔当中的橄榄岩,即形成蛇纹石岩,同时释放出氢气分子。

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    杜克大学的研究人员认为,大量的氢气可以在海底下面形成,数量比广泛认可的数字更高一个数量级。如果进一步的研究证实其准确性和判断,那么人类就可以采集这些氢气作为石油的替代能源,大大推动氢能源车辆产业,同时可以了解氢气在支持地球上的无阳光生命当中扮演的角色,以及研究其它星球上类似环境当中生命产生的可能性。


【计算机模拟银河系演变:由松散物质慢慢形成巨大螺旋形圆盘

    据外媒报道,我们今天看到的银河系是经过数十亿年时间演变而成的。最开始只是一团松散的物质,慢慢形成了巨大的、由恒星组成的螺旋形圆盘。面对如此复杂的银河系,天文学家多年来一直试图更深入地了解。如今,借助最详细的计算机模拟结果,我们可以在几秒钟之内一睹银河系形成的过程。该模拟回答了天文学家几十年来想要解决的问题;预测结果表明,在银河系外围可能存在着大量的矮星系,但其中只有30%能被实际看到。

    预测结果表明,在银河系外围可能存在着大量的矮星系,但其中只有30%能被实际看到。图中的条纹是一个矮星系被撕裂之后的潮汐尾迹。

    矮星系的数量是根据暗物质在银河系周围聚集的方式来预测的。此前,天文学家也试图用计算机模拟来解决矮星系的问题——被称为“消失的卫星”问题——但直到目前都没有最终答案。

    不过,加州理工学院的研究者此次模拟得到了合乎预测的矮星系数量。研究第一作者、加州理工学院和卡内基天文台的博士后安德鲁·韦策尔(Andrew Wetzel)说:“当我看到模拟运算最终得出的矮星系数量与我们在银河系周围观测到的情况吻合时,那是一个令人惊喜的时刻。”

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    此次模拟用了两千台计算机,同时运行时间一共达70万小时。模拟结果还显示,巨型恒星的爆发可能会摧毁许多小星系,这一过程在之前的研究中被忽略了。巨大的恒星死亡时,它们自身会塌缩,并形成被称为“超新星”的大规模爆发。该模拟发现了来自于超新星的气流,其速度能达到每秒数千公里,“能将一个小星系的气体和恒星吹走,”韦策尔说道。

    此前的计算机模拟并未考虑到这些气流的影响。“我们之前觉得,或许我们对这些模拟中暗物质情况的理解并不正确,但这些新的结果显示,我们并不需要修改对暗物质的设定,”韦策尔说,“当能更精确地模拟超新星时,我们就会得到答案。”相关研究的结果发表在近日的《天体物理杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上。

    “在一个星系中,可能存在着1000亿颗恒星,互相牵引,更不必说其他我们看不到的东西,比如暗物质,”主要研究者、加州理工学院的理论天体物理学家菲尔·霍普金斯(Phil Hopkins)说,“为了模拟这一点,我们给予超级计算机一些描述这些相互关系的方程,让它反复演算这些方程,然后看最终会有什么结果。”

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