聚集年轻恒星的疏散星团,为什么更能揭示星体的演化过程?

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聚集年轻恒星的疏散星团,为什么更能揭示星体的演化过程?

2024-06-17 09:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

不会孤立形成的恒星,往往都呈现出成群分布的特征,于是才有了由成千上万颗恒星所构成的星团,它们通过引力作用束缚到一起,且具有相互联系的物理特性。科学家们根据星团的外在结构和恒星的年龄分布等特征,将它们主要划分为疏散星团和球状星团。而位于疏散星团中的那些蓝色恒星,大多数都比较年轻,同时还拥有相对较大的质量和极短的生命周期。众所周知,恒星的演化过程一直都是科学家们最感兴趣的研究领域之一,那么,这些聚集了大量年轻恒星的疏散星团,为什么更能揭示出星体所经历的演化过程?

为何疏散星团更能揭示恒星的演化过程

就星团的生命周期而言,它们中的大多数都会在既定的时间里分散开来,但我们却可以在数亿年的时间里,观察到这些年轻的恒星。而那些位于疏散星团中的年轻恒星,几乎都是在同一个时间段里诞生,彼此之间的距离也大致相同。并且,在更为年轻的疏散星团中,甚至还可能存在着分子云的痕迹,它们会在星团辐射的作用下逐渐散开。因而,当我们在研究恒星质量和行为之间的关系时,疏散星团是最好的天体选择之一。不管是相近的化学成分,还是诞生年龄,都让我们更容易发现其进化过程中存在的微小差异。

在赫罗图中,位于疏散星团中的绝大部分恒星都是主序星,科学家们可以从它们的质量得出偏离位置,从而分析出该星团的大致年龄。而这些年龄相近的恒星,同时也与我们所生活的地球保持着大致相同的距离,所以,它们的质量直接决定了其星等上存在的差异。当科学家们要对某个特定星团中的单个恒星进行比较的时候,由于它们所拥有的参数中很多都是固定的,所以能够帮助了研究人员更好地了解恒星的演变过程。

或许你有所不知,星体中锂和铍的含量,不仅能够体现出恒星的内部结构,更能揭示该恒星的生命演化,而这些位于疏散星团中的恒星,刚好就含有这两种物质。尽管,只有当温度达到一千万K的时候,才能使得氢原子核发生聚变并产生氦。然而,当温度保持在250万到350万K的时候,锂和铍这两种物质便会不复存在。我们可以从这样的现象中发现,恒星内部所含元素的混合程度,其实和该恒星本身所含元素密切相关,科学家们便是通过对恒星内部元素进行的研究,实现疏散星团中恒星构成和具体年龄的准确估算。

疏散星团和球状星团存在哪些不同之处

事实上,疏散星团和球状星团最明显的区别,就体现在它们的外观形态、恒星年龄和恒星的总数量这三个维度。常见于不规则星系、漩涡星系悬臂的疏散星团,一般都主要位于恒星形成更为活跃的位置,其恒星密度远比球状星团低;而球状星团则更多地在星系晕中被发现,通常在星系的中心散布、并呈现出大致球形的分布特征,并且,在较大的星系中往往存在着更多的球状星团。

与此同时,那些位于球状星团中的恒星,往往都具有更大的年龄(10到120亿年),但那些在疏散星团中诞生的恒星,其年龄则小于几亿年。其次,就恒星数量而言,位于疏散星团中的恒星一般只有数千颗,并呈现出中心较为集中、周围较为分散的分布特征。而球状星团中的恒星数量则达到了数十万颗以上的规模,在这些具有低金属特性的老年恒星周围,几乎没有尘埃和气体的存在,而老龄恒星的大量存在,也意味着这样的高密度区域并不适合行星系统的发展。

在球状星团中,许多恒星的一生都会被重力场所束缚,因而在速度向量这个维度上,其中的所有恒星都保持着平衡和稳定的活动趋势,这个被科学家们称为舒缓期的特殊时期,会因为星团中的恒星质量和数量而持续不同的时间长度;但质量相对更低的疏散星团却特别地不稳定,位于星团中的恒星运行速度,甚至会超过该星团的逃逸速度,短短数百万年的时间便会发生分散,而星团周围的气云散尽,也只需要数千万年的时间。

如何通过X射线辐射观察疏散星团内部

在那些年轻的恒星和原恒星周围,总是包围着大量的气体和尘埃,于是,这些物质中的一些便会附着在年轻的恒星上。由于恒星本身具有引力,这些掉落在星体上的粒子会被加速,并在之后的时间里和恒星表面上的气体发生碰撞,从而导致了X射线的产生,这便是为什么X射线光谱可以为该类过程地发生提供有力证据。虽然,位于恒星圆盘中的诸多物质,都会被强烈的辐射能量带离原来的位置,甚至是形成行星。但科学家们在对猎户座星云进行观测的时候发现,其母星的X射线辐射也可能会对这样的过程造成影响。

与我们地地球相距大约1800光年的猎户座星云,也是距离我们最近的一个拥有大型恒星形成的特殊区域。在钱德拉的图像中,我们可以观察到数千颗正在发射X射线的年轻恒星,它们就形成于恒星的电晕或数百万度的高层大气之中。虽然恒星日冕的X射线光度仅占据了恒星光度的较小百分比,但恒星能量传输手段的重要指标,便是中心区域的核动力源向外传输能量这一方式。并且,当能量传输和旋转发生相互作用的时候,还会因为对流而产生相互纠结的磁场,甚至会导致恒星的日冕或高层大气被爆炸性的加热,而年轻恒星所散发出的强烈X射线源,正是通过这样的方式被观察到。

科学家们对位于猎户座星云中的年轻类太阳恒星进行了深入的研究,发现此类恒星的X射线爆发(耀斑)频率,明显高于我们已有46亿年历史的太阳。而其中的某些恒星所产生的耀斑,甚至还能达到同类其他恒星的一百倍左右,但我们人类目前却无法预计这样爆发活动,会对行星的演化带来多大程度的影响。但就现有的理论模型而言,那些位于年轻恒星周围的行星盘,会因为较大的耀斑而产生强湍流,岩石类类地行星的形成位置,便可能会因为事件中所形成的湍流而被改变,并进一步导致它们无法向更加年轻的恒星附近进行迁移。

虽然,像太阳这样的恒星可以发光数十亿年,但其他更大的恒星所拥有的生命却相对短暂,那些比太阳质量高出了几十倍以上的恒星,会在短短数百万年的时间里走向超新星大灾难。几十万年后,当巨大的恒星内层被暴露于强烈辐射环境中,会以每小时超过300万英里的速度推走气体,这种高速的“星状风”会导致密集的壳形成。碰撞中所产生的向外移动的冲击波,照亮了密实的外壳,而向内移动的冲击波,则在产生X射线气泡之后散发出气体。事实上,对于那些巨大的恒星而言,恒星风便可以导致其质量损失一半、甚至更多。并且,这些由辐射所驱动的恒星风,还会导致周围的气体和尘埃云中产生大气泡,甚至触发新一代恒星的形成,恒星演化的高能阶段也因此有了新的见解。

作者:石兰(抄袭必究)

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