http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2016-01-30
中国科学家证实球状星系中二代恒星团为吸收外界物质所致
哈勃太空望远镜拍摄的大麦哲伦云星团NGC1783的照片。最新研究表明该星团从外部环境获得了额外的气体形成了新的恒星
近日，由国家天文台邓李才研究员领导的一个联合团队，在研究星团中恒星星族形成模式的课题上取得重大突破，该研究成果于1月28日在线发表于《自然》杂志上。该成果的领衔作者李程远在完成此项工作时，是国家天文台联合培养博士研究生（现任中国科学院紫金山天文台研究员）。这项工作是继2014年在《自然》杂志上发表星团中复杂恒星星族的研究之后，我台在天体物理焦点问题研究上取得的又一大重突破，这使得我台的星团研究团队再一次受到了国际同行的高度关注。
几乎所有的恒星（包括我们的太阳）最初都是在星团中形成的，星团中恒星如何形成一直是现代天体物理的焦点问题之一。星团由成团的大量气体通过自引力坍塌按一定的质量函数形成第一批恒星，但由于最初形成的大质量恒星吹出的强烈星风和超新星爆炸会迅速将剩余的气体吹走，天文学家普遍认为星团只能在其诞生的最初几千万年之内形成恒星。
然而，近年的高分辨率观测发现了银河系的球状星团普遍包含两个或更多恒星星族，这使得天文学家们对星团中恒星形成的理论产生了怀疑。遗憾的是，由于银河系中的球状星团全部都十分年老，漫长的演化过程使得这些多重星族早已失去了其形成初期的动力学特征。尽管天文学家观测到了多星族现象，但对于球状星团该如何产生第二族及以后的恒星、它们如何演化等问题，一直缺乏观测证据和理论上的诠释。
李程远与其导师邓李才以及北京大学科维理天文和天体物理研究所的Richard de Grijs教授意识到，在更为年轻的大质量星团中搜寻证据可能是解决问题的关键钥匙。他们共同设计了一项计划，利用哈勃太空望远镜的观测数据，开展了历时一年的仔细研究。“去年冬天，当我分析系外星团NGC1783的数据时，我发现了两支年龄几乎单一的恒星星族。”李程远介绍说：“属于同一个分支的恒星，他们的年龄几乎完全相同，就像是在过去的一瞬间突然形成的。我立刻意识到，我们大概发现中年星团中的第二代恒星了。”
通过动力学分析，李程远发现这些新的恒星实际上是星团从外部吸收形成的，而一直以来，天文学家们都认为星团是通过自身第一代恒星爆炸之后残留的气体来形成第二代恒星的。该团队最终推断：星团中年轻的恒星星族很可能是外来物质的产物。
“这些恒星像是寄生在星团中的新成员”，邓李才解释说：“现在主流的解释是星团中的新恒星源自内部物质循环，但似乎并不自洽。”，Richard回忆道：“我们提出了很多传统框架下的模型，但最终都被一一排除了。科学研究就是这样，新的认知在达成前总会走很多弯路。”
对于这一发现，《自然》杂志的审稿专家们评价说：“2015年夏天夏威夷的国际天文联合会上，人们还在为球状星团的多星族问题争执不休，这一结果来得真是恰到好处！…这一工作为星团研究打开了一扇全新的窗口！”
团队人员，从左至右Richard de Grijs（北京大学科维理天文与天体物理研究所），新宇，胡义，李程远（北大-国台联合培养博士），邓李才
此项突破性研究成果由国家天文台与北京大学科维理天文与天体物理研究所主导完成。国家天文台台长严俊对此表示高度赞扬：“该合作团队长期专注于星团物理研究，不仅利用归档数据连续取得了高显示度成果，还在设备发展和实测研究中也卓有建树，这是印证国家天文台‘一三五’战略发展规划实施成功的重要案例”。团队成员包括为本项工作做出贡献的新宇和胡义副研究员。此文合作者还有美国西北大学的天文学家。
[腾讯网]
球状星团中恒星如何形成?自身引力俘获外部气体
图片标题：哈勃太空望远镜拍摄的大麦哲伦云中NGC1783星团的照片：这一致密星团距离我们约16万光年，包含17万倍太阳质量的恒星。由我台与北京大学科维理天文与天体物理研究所、中国科学院国家天文台、美国西北大学、美国阿德勒天文馆组成的联合团队研究表明，这一星团从外部环境获得了额外的气体形成了新的恒星(版权：ESA/Hubble & NASA，致谢Judy Schmidt (Geckzilla.com))
文章来源：中国科学院紫金山天文台微信公众号
球状星团是宇宙中最为简单且十分耀眼的恒星集合体，它包含着成千上万颗恒星。天文学家们一直认为球状星团中的恒星是同时形成的，它们的年龄十分相近，犹如“同班同学”。然而后来科学家们在球状星团中发现了数量众多且相对大部分成员显得更年轻的恒星成分，使得这一看法遭到了挑战。到底球状星团中那些年轻的恒星是如何形成的？我台的李程远研究员，通过与北京大学科维理天文与天体物理研究所、中国科学院国家天文台领衔的科研团队，以及美国西北大学和阿德勒天文馆的天文学家合作，对这一长久以来的疑难作出了解释。利用哈勃太空望远镜的观测数据，该团队首次发现了中等年龄球状星团可以靠自身引力俘获外部气体来成批形成年轻恒星。突破了球状星团仅依赖内部气体循环来形成下一代恒星的理论。这一突破性成果于1月28日发表于《自然》杂志(http://dx.doi.org/10.1038/nature16493)。
“这一研究为星团中多成分的恒星该如何形成提供了新的观点”，领导这一工作的李程远系我台项目研究员，他解释说：“我们的研究表明，形成这些年轻恒星的气体来源于星团外部。形象地说，这些相对年轻的恒星似乎是由星团后来俘获的气体生成并寄生在球状星团中，而非星团自身孕育”。
“把年轻恒星来源归结为星团的外部环境的理论解释，是取代传统认知的最好的方案”，来自北京大学的Richard de Grijs教授这样告诉我们：“这使得球状星团的演化行为变得比预料的更加复杂。”
银河系的球状星团都十分年老。为了研究更为年轻的样本，该研究团队对银河系外的两个卫星星系，即大、小麦哲伦云中的中等年龄星团进行了筛查。团队在研究工作中关注的是大麦哲伦云中编号为NGC1783、NGC1696，小麦哲伦云中编号为NGC411的三个特征突出的星团。通过精确测量和仔细分析这些星团中恒星的亮度和颜色，他们得到了可靠的结论。以星团NGC1783为例，其大部分的恒星年龄都在约14亿年左右，而新形成的两批恒星年龄分别约为4亿5000万年和8亿9000万年。
“为什么会存在这些年轻的恒星呢？传统的解释是，这些星团一开始就留有足够的气体，在形成了第一批恒星之后又继续形成了下两批恒星。但存在的疑问是，第一批恒星中的大质量成员会快速演化产生强烈的星风，最后爆发成超新星，这些过程会将剩余的原初气体迅速吹走，使得星团中的恒星形成过程不会超过1000万年。”国家天文台的邓李才研究员详细地解释了星团形成的原理。
图片标题：球状星团NGC1783中不同年龄恒星的颜色和亮度分布，分布在红色实线附近的黑点代表年龄约在14亿年的恒星；沿着蓝色虚线的紫色方块以及橙色背景框内的黑点，代表年龄仅为约4亿5000万年的恒星；沿着蓝色实线的绿色方块代表年龄约为8亿9000万年的恒星。这一星团明显包含有三支年龄截然不同的恒星成分。(图片由Richard de Grijs基于这一工作的数据修改生成)
在早期的研究中，人们猜想这些星团实际上是在围绕星系旋转的过程中，靠其引力势阱俘获了一些超大质量的气体云，从而形成了新的恒星。关于星团可以从外部俘获星际介质的理论可以追述到1952年，直到逾半个世纪后的今天，这一推测才获得了观测证实。Richard说：“我们的计算表明这一俘获外部气体的模型是可行的，而且看起来除了我们研究的三个星团之外，其它星团也有类似的特征。我们正在进行的工作将进一步加深和细化这个认识。”
我台的李程远研究员，北京大学科维理天文与天体物理研究所的Richard de Grijs教授以及来自中国科学院国家天文台的邓李才研究员是这项工作的主要作者，参与此项研究工的还有中国科学院国家天文台的新宇博士和胡义博士，以及来自美国西北大学Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics(CIERA)和物理与天文学系的Claude-André Faucher-Giguère博士、Aaron Geller博士后研究员。
[新浪网]
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