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宇宙之谜藏在这10个地方(三)_参考网

宇宙之谜藏在这10个地方(三)

2019-03-28 10:29:44 科学之谜2019年3期

石无鱼

5、蜘蛛星云

它是什么?

正在孕育恒星的星云

它在哪里?

距离我们16.3万光年的大麦哲伦星云

涉及的谜团

是什么制造了那些巨恒星?

蜘蛛星云是一个正在孕育恒星的星云,位于我们的相邻星系——大麦哲伦星云里。2010年,一个天文学家小组在蜘蛛星云中发现了4颗巨恒星,最大的达到了太阳质量的265倍。这让他们非常惊讶。因为按传统的恒星演化理论,150个以上太阳质量的恒星是不存在的。

为什么这样的恒星不应该存在呢?我们知道,恒星的光是在其内部的核聚变中产生的。它们本来都有很高的能量,在往外逃的过程中,与恒星的外围大气相互作用,一部分变成能量不那么高的可见光。我们知道光是由光子组成的。光子跟物质作用时,会对物质产生一个压力,叫“光压”。你可以把光子想象成一个个小球,当小球撞到墙壁,对墙壁会有压力,是不是?如果恒星质量很大,内部核聚变非常剧烈,产生的光子能量很高,数量又特别多,它们对恒星外围大气产生的压力将很大,会把外围大气吹走,离开恒星。于是,恒星的质量马上就降下来了。

但现在他们看到的是太阳质量265倍的巨恒星,而且这还不是单例。2017年,另一组天文学家在蜘蛛星云中发现了一大群超级重的恒星。在它们里面,即使是高达200个太阳质量的恒星,似乎也只能算“小老弟”。

无独有偶。另一项发现也对传统的恒星演化理论构成挑战。在智利ALMA射电望远镜阵列工作的一个天文学家小组,他们在婴儿期宇宙的星系中,通过一种方法,也发现了传统理论预言本不该存在的巨恒星。

这些发现不单迫使我们建立一套新的恒星演化理论,而且在很多方面带来深远的影响。

更多、更大的恒星意味着恒星生命结束时会有更多超新星爆发。因为不是所有恒星都能以超新星爆发的形式结束自己的生命的。超新星爆发需要满足一些条件。超新星爆发的一种机制是恒星内部核聚变停止后,在引力作用下坍塌成中子星或黑洞时发生的。显然,恒星质量越大,最后越有可能坍塌成中子星或黑洞。天文学家已有证据证明,10亿光年之外的超新星SN 2007bi,是由一颗超过200个太阳质量的恒星演化而来的。他们估计,因为更多巨恒星的存在,超新星数量会比现在估计的要多70%。

拥有更多的超新星可以使宇宙中那些对生命至关重要的重元素(氧、碳和铁等)大幅度增加,这些元素随着超新星爆发被撒播到宇宙各处。这样以来,外星生命存在的概率就增加了。

此外,最近天文学家捕捉到第一代恒星发出的光信号。他们发现,信号比他们预期的要强烈得多,这使科学家们大惑不解。但如果这些第一代恒星也是超大号巨恒星的话,那么它们发出的光自然要比普通恒星强了。这样天文学家心中的疑惑也就迎刃而解了。

6、星系NGC 1052-DF2

它是什么?

超稀疏的星系

它在哪里?

在距离我们6千万光年的鲸鱼座

涉及的谜团

暗物质真的存在吗?

对宇宙的探讨,就像两军对垒的一个战场。宇宙学家为此分成两派,两派为一个“是什么阻止了旋转星系分崩离析”的问题,而陷入了旷日持久的争论。

1970年代,这场争论就开始了。当时,天文学家对旋转星系测量后发现,它们似乎旋转地太快了,星系内的物质本来应该是留不住的。因为我们知道,旋转物体如果没有足够的向心力,就要飞出去。在一个旋转星系中,向心力是星系中心的万有引力提供的,引力大小则取决于星系的质量。天文学家猜测,对于大多数旋转星系,为了避免分崩离析,大约需要比现在已探测到的多10~100倍的物质。

但这些多余的物质实际上并没有被直接探测到。解决这一矛盾目前有两种途径。最直接的,也是被大多数人接受的解释是:这些星系中存在一种迄今还很神秘的物质——“暗物质”。暗物质跟普通物质之间有万有引力作用,所以它们可以为旋转星系提供额外的向心力。但它们跟普通物质之间没有电磁力,不会发光,所以我们无法直接观测到它们。

但也有少数人认为,暗物质是一种错觉。旋转星系能保持它们的形状,是因为我们还没有正确地理解万有引力。

怎么?牛顿提出万有引力定律都几百年了,难道物理学家还没把引力研究透吗?一部分天文学家确实是这样认为的。比如牛顿万有引力定律说,引力与距离的平方成反比,但这一点是否正确?也许引力与距离的2.0000000001次方或者1.999999999次方成反比呢?这一点微小的差别,虽然距离近时显不出效果来,但距离远了,说不定效果就出来了。为此,一些科学家还提出过很多“修正版”的引力理论。

其实这两派宇宙学家的主张都很悬。这么多年过去了,既没发现暗物质粒子,也没发现引力确实需要修正的地方,两派谁也不服谁。但今年早些时候发现的一个超稀疏的星系NGC 1052-DF2,似乎使天平不平衡起来。

一般来说,如果有暗物质的话,它们都盘踞在星系的中心区域。它们靠引力吸聚普通物质,使后者的分布也不至于太稀疏。所以,像NGC 1052-DF2这样超级稀疏的星系,基本上可以肯定星系内部不存在暗物质。有一种情况可以制造出这类星系来,比如一些本含有暗物质的星系团发生剧烈碰撞,会把星系团内的普通物质碰撞出来了,脱离暗物质的控制。这就好比两车相撞一样。暗物质车上装的货物是普通物质,相撞时,一些货物脱离车辆,被甩到地上去了。

确实,天文学家发现,超稀疏星系NGC 1052-DF2就是这样一个脱离了暗物质的旋转星系。在假设它不含暗物质的情况下,用正常的引力定律计算所得的旋转速度,跟测量到的速度十分吻合。但如果按另一派宇宙学家的观点,用修正版的引力理论计算,那就跟测量结果不符了。

既然目前争论方只有两派,现在事实对“修正引力”一派不利,那也就证明了主张“存在暗物质”那一派的观点更合理。所以,虽然NGC 1052-DF2星系本身不含暗物质,但它恰恰成了主张“存在暗物质”那一派的宇宙学家用来反驳另一派宇宙学家的最好证据。

但是,“修正引力”一派后来又把天平扳回来了。他们说,最初计算的时候,有一些情况没考虑到,比如NGC 1052-DF2星系事实上处于一个更大的椭圆星系中,椭圆星系中的其他物质对它内部的引力也是有影响的;如果考虑到这一点,用“修正”后的引力理论计算,就能跟测量结果保持一致。

于是,两派又打了一个平手。

但事情总不能老是这样僵持下去吧,天文学家希望未来能找到更多的超稀疏星系,来验证两者的對错。

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