银河系中发现远古星系合并遗物

1、银河系中发现远古合并遗物

总有人嘲笑天文学家“地球都没研究明白就去研究宇宙”，但我要说：这完全是两码事，因为研究方法根本就不一样。虽然地球的历史还没明确，但这也不妨碍天文学家们对银河系进行考古。不同于地质学，研究银河系的历史主要靠的是对大量恒星的分析。

比如我们熟悉的盖亚望远镜，由于它大约是以半年为节奏进行拍摄，因此它不但可以给恒星拍照，还能记录恒星的运动轨迹。同时通过光谱信息，它还可以帮助我们了解每颗恒星的元素特征。这些就像不同地层的地质信息一样，对于银河系考古十分关键。

上个月（2024 年 3 月），一篇发表于《天体物理学杂志》的文章中，研究人员对几百万颗恒星进行了相关分析。这些恒星有一个共同的特点：它们的年龄都很大，基本都在 120 亿岁以上。这意味着，这些恒星可能在银河系的银盘形成之前就已经存在了。通过元素和轨道分析，研究人员将这些恒星分成了两个部分：位于银盘外围的 Shakti 和靠内的 Shiva。

研究人员认为，这两条古老的恒星流原本可能来自两个独立的星系，后来银河系将它们吞并，至此那些恒星便融合进了后来的银河系中。

2、恒星的行星食谱

通常来说，双星系统中的两颗恒星就像双胞胎，因为诞生于同一片分子云，理应有着相同的化学特征。但是在盖亚的数据中人们发现，有些“双胞胎”的化学特征竟然不一致。

上个月（2024 年 3 月），一篇发表于《自然》杂志的文章中，研究人员借助多台大型地面望远镜对 91 对特殊的“共生双星”进行了详细观测。根据结果研究人员推测，那些元素异常的恒星应该是吞噬了周围行星导致的。但是如果是因为恒星到了演化后期膨胀成了红巨星还好说，但问题是这些恒星处于的是主序星阶段，并没有膨胀得很大，那它是怎么吞掉周围行星的呢？

参考太阳系的情况，当恒星周围有类地行星存在时，岩质行星在形成时会大量消耗原行星盘中的铁、镁、硅等高熔点物质。所以和没有类地行星的恒星相比，有类地行星的恒星通常会“营养不良”。也就是恒星小的时候，类地行星可能会和它抢食。但是问题是：恒星在形成初期，内部尚处于高对流状态，即便当时化学特征有些许不同，今天也很难被探测到。

后来研究人员通过多体运动模拟发现，恒星和行星的碰撞在它们刚形成的头一亿年里尤为频繁。在一亿年这个时间尺度上，恒星已经基本稳定下来。如果在这期间有行星葬身在它表面，留下可探测痕迹还是有可能的。假如碰撞发生在更往后的阶段，那估计只能是受到了某种外部扰动的原因了。

3、最大超星系团

我们知道，超星系团是比星系群、星系团更大的大尺度结构。由于星系长城这种东西内部各部分缺少引力束缚，严格来说已经不能算作物理意义上的结构，所以超星系团可以说已经是目前宇宙中最大的结构了。比如我们银河系所在的本超星系团（也就是室女座超星系团），它的直径超过了一亿光年，内部光普通的星系团就有上百个。如果本超星系团是一个足球场，那银河系只是一个小小的足球。然而后来天文学家发现，本超星系团似乎也只是一个更大星系团的一部分，那就是拉尼亚凯亚超星系团，一个直径 2.5 亿光年，包含了超过 10 万个星系的庞然大物。

对于这些超星系团，先前的研究更多偏向于结构方面，至于它们是怎么形成的却鲜为人知。为了解决这个问题，去年 11 月，一篇发表于《天体物理学杂志》的文章中，研究人员对 662 个超星系团的演化机制进行了专门的研究。这些超星系团其中质量最大的一个，拥有超过 26 万亿颗恒星，直径达到了 3.6 亿光年，可以说是迄今为止发现的最大的超星系团。

通过这项研究人们发现，超星系团内的星系退行速度确实会慢于空间膨胀速度。就是说正常情况下，星系之间会因为宇宙膨胀而以一个比较固定的速度相互远离，但是在超星系团内的星系，它们之间相互远离得并没有那么快。这主要还是因为超星系团各部位之间引力作用比较明显，这些部分占到了整个超星系团的 90%。

但是研究人员也发现，越大的超星系团它的密度越小，两者几乎成平方反比关系。也就是说，超星系团这种紧凑的结构只是暂时的，随着时间推移它会逐渐变得越来越松散，直至解体。

4、突然暴躁的黑洞

2020 年 12 月，天文学家发现一个位于 8 亿光年外的星系中心黑洞突然变亮了上千倍。一个安安静静坐落在星系中心的黑洞，为何突然暴躁起来？更加奇怪的还在后面，自从爆发后这个黑洞不是一直都那么亮，而是忽暗忽亮，周期大概 8.5 天，非常有规律，这个过程一直持续了四个月。所以，那里究竟发生了什么？

上个月（2024 年 3 月），一篇发表在《科学进展》上的文章中，研究人员对这一奇怪现象给出了一种解释。他们认为，黑洞突然变亮应该是一颗恒星因为太靠近黑洞，被巨大的潮汐力给撕碎（也就是所谓的“潮汐破坏事件”）。当大量的恒星物质突然涌向黑洞时，黑洞的吸积盘瞬间就被点亮了。

那那个忽亮忽暗的变化是怎么回事呢？研究人员推测，在这个 5000 万倍太阳质量的超大质量黑洞周围可能还有个“小家伙”—— 一个 100~10000 倍太阳质量的中等质量黑洞。

这个“小家伙”距离大黑洞非常近，大约在大黑洞 100 倍引力半径的地方。关键它的公转轨道几乎垂直于大黑洞的吸积盘，也就是它一直在吸积盘的上下来回穿梭。当小黑洞每次穿过吸积盘时，它都会猛烈地喷出一股气体羽流。每当羽流指向地球方向时，我们的视线就会受到遮挡，于是呢我们就看到了吸积盘忽明忽暗的周期性变化。

5、蓝超巨星起源

作为宇宙中质量最大的恒星类型之一，蓝超巨星堪称恒星界的“巨无霸”，通常有着几十、甚至上百倍的太阳质量。这种恒星是如此极端，以至于是天文学家觉得它们的形成条件应该非常苛刻。但实际上呢，无论是 O 型还是 B 型，蓝超巨星在宇宙中并不罕见。这是为什么？

之后，天文学家们发现了一个线索：这些蓝超巨星大部分都没有伴星，属于“单身人士”，这点非常奇怪。因为根据观测，像太阳差不多大的恒星，“已婚”和“未婚”的差不多五五开，一半一半；而对于大质量恒星来说，“已婚人士”的比例可以达到 75%。也就是说，越大的恒星越可能存在伴星。但是像蓝超巨星（尤其是稍小的 B 型蓝超巨星）来说，它们往往没有伴星，并不符合这个规律。于是人们猜测：这些巨无霸会不会是两颗恒星合并后的产物？

上个月（2024 年 3 月），一篇发表于《天体物理学杂志快报》上的文章中，研究人员通过分析大麦哲伦星系中的 59 颗 B 型蓝超巨星首次证明了该观点。他们先是根据 SN 1987A 那次超新星爆发的双星合并解释，重新建立了新的双星合并模型。然后他们将模型应用于这些恒星样本并进行了对比，最终他们认为这些蓝超巨星的存在大部分应该都是恒星合并的原因。

相关论文：

[1] Khyati Malhan and Hans-Walter Rix. Shiva and Shakti: Presumed Proto-Galactic Fragments in the Inner Milky Way. The Astrophysical Journal (2024). 964(2):104

[2] Liu, F., Ting, YS., Yong, D. et al. At least one in a dozen stars shows evidence of planetary ingestion. Nature 627, 501–504 (2024)

[3] Shishir Sankhyayan et al. Identification of Superclusters and Their Properties in the Sloan Digital Sky Survey Using the WHL Cluster Catalog. The Astrophysical Journal (2023). 958(1):62

[4] DHEERAJ R. PASHAM. et al. A case for a binary black hole system revealed via quasi-periodic outflows. SCIENCE ADVANCES (2024). 10(13)

[5] Athira Menon. et al. Evidence for Evolved Stellar Binary Mergers in Observed B-type Blue Supergiants. The Astrophysical Journal Letters (2024). 963(2)

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo