□ 李珊珊

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□ 李珊珊

科學(xué)家首次探測到引力波

2016年2月，世界著名學(xué)術(shù)期刊《Physical Review Letters》（物理評論快報）同意刊登一項關(guān)于引力波探測結(jié)果的論文，該論文由LIGO（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory，激光干涉引力波天文臺）科學(xué)團(tuán)隊和Virgo（室女座引力波探測器）科學(xué)團(tuán)隊聯(lián)合完成。此次引力波的探測數(shù)據(jù)來自LIGO的兩個觀測臺，它們分別位于美國路易斯安那州的利文斯頓和華盛頓特區(qū)的漢福德，探測到引力波事件的時間是2015年9月14日國際標(biāo)準(zhǔn)時間09：51。

科學(xué)家認(rèn)為此次引力波事件源自兩個黑洞的并合。根據(jù)LIGO的觀測數(shù)據(jù)，天文學(xué)家推測兩個黑洞的質(zhì)量分別為29倍和36倍太陽質(zhì)量，距離地球13億光年。在兩個黑洞合并的過程中，在少于1秒的時間內(nèi)，大約有3個太陽質(zhì)量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為引力波能，釋放引力波的峰值功率約為整個可見宇宙的50倍。

根據(jù)廣義相對論，兩個互相繞轉(zhuǎn)的黑洞會發(fā)射引力波，并不斷損失能量，導(dǎo)致彼此不斷靠近，此過程可持續(xù)數(shù)十億年。到最后幾分鐘，損失能量的速率會變得非?？?。在最后不到1秒的時間內(nèi)，兩個黑洞以1/2光速碰撞而合并，并將部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為引力波而輻射出去。

這是自1915年愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言以來，科學(xué)家首次探測到引力波。此次成功觀測到引力波輻射，為人類了解宇宙打開了一個新的窗口。

激光干涉引力波天文臺（LI G O，）的兩個觀測臺記錄的引力波信號，上端為漢福德觀測臺的觀測結(jié)果及理論預(yù)測值，中間為利文斯頓觀測臺的觀測結(jié)果及理論預(yù)測值，下端為兩處觀測結(jié)果的對比。X軸為時間，Y軸為空間應(yīng)變。Cr edi t：LI G O

月球形成源自兩天體迎頭相撞

大約45億年前，在地球剛剛形成約1億年時，它與一顆被稱為“忒伊亞”（Theia）的原始行星碰撞，濺出的物質(zhì)逐漸聚合形成月球。這是月球形成的撞擊學(xué)說，它已被絕大多數(shù)天文學(xué)家所認(rèn)可。但是，一般認(rèn)為，忒伊亞和地球撞擊時的角度為45度，或者為角度更小的擦肩式碰撞。最近，科學(xué)家給出新的證據(jù)，認(rèn)為地球和忒伊亞發(fā)生劇烈的迎面撞擊，之后形成了月球。他們的最新科研成果刊登在2016年1月29日出版的國際著名學(xué)術(shù)期刊《Science》上。

科學(xué)家通過研究7塊月球巖石和6塊來自地球地幔的火山巖石，分析巖石中氧16及其同位素氧17的含量比值。一般說來，不同天體氧16和氧17的含量比值不同。利用最新的測試技術(shù)，研究人員得出，月球巖石和地球地幔巖石中氧16和氧17的含量比值相同。這一結(jié)果被加州大學(xué)洛杉磯分校的質(zhì)譜儀證實。因此，如果忒伊亞與地球擦肩碰撞的話，月球的組成主要來自忒伊亞，進(jìn)而，月球和地球的化學(xué)組成不會相同。只有地球跟忒伊亞迎面相撞，兩者的物質(zhì)充分混合，才會得出該化學(xué)分析結(jié)果。

在太陽系最初形成的1.5億年內(nèi)，地球與另一個天體碰撞，形成了月球。（美術(shù)概念圖）Cr edi t: NASA/JPL-Cal t ech

該項研究的主要研究者愛德華?楊（Edward Young）來自美國加州大學(xué)洛杉磯分校，該項研究的參與者還有來自美國加州大學(xué)洛杉磯分校、德國和法國的其他科學(xué)家。

夸克星存在的觀測證據(jù)

南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院戴子高教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，通過分析最近發(fā)生的一次史上最劇烈的超新星爆發(fā)，發(fā)現(xiàn)了夸克星存在的重要證據(jù)。這是科學(xué)界首次發(fā)現(xiàn)夸克星存在的關(guān)鍵線索。該研究已于1月28日刊發(fā)在國際權(quán)威期刊《天體物理學(xué)雜志》（ApJ）上。

A S A S S N-15l h觀測對致密天體的周期和磁場的限制。藍(lán)虛線和紅虛線分別是中子星和夸克星的最小轉(zhuǎn)動周期（即開普勒周期），綠虛線是磁偶極輻射時標(biāo)大于光子擴(kuò)散時標(biāo)給出的最小限制。

天文學(xué)家最新探測到史上最強(qiáng)超新星爆發(fā)ASASSN－15lh。超新星是大質(zhì)量恒星在死亡階段發(fā)生的一類劇烈爆發(fā)現(xiàn)象，其爆發(fā)過程中釋放的光學(xué)輻射，常常能夠照亮其所在的整個星系。這種巨大的能量一般認(rèn)為來自大量放射性元素的衰變。但這一解釋并不適用于最近發(fā)現(xiàn)的這顆最強(qiáng)超新星，因為在發(fā)現(xiàn)后的僅四個月內(nèi)，ASASSN－15lh輻射的總能量相當(dāng)于太陽以現(xiàn)在的強(qiáng)度照耀900億年，如此高能量所要求的放射性元素質(zhì)量，已經(jīng)超過整個恒星所具有的總質(zhì)量。

科研團(tuán)隊認(rèn)為，解釋ASASSN－15lh的輻射能量，需要有更為巨大的能量來源。這一能源，由爆炸核心殘留下來的致密天體來提供。分析和計算得出，這個致密天體必須具有每秒至少上千次的極快轉(zhuǎn)速，且這一高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)需要保持很長時間。這些特點對物質(zhì)組分提出了極為嚴(yán)苛的要求。一系列證據(jù)表明，這一爆炸殘留的致密天體，是一顆剛剛誕生的夸克星。

發(fā)現(xiàn)迄今星食時間最長的雙星系統(tǒng)

最近，來自美國范德比爾特（Vanderbilt）大學(xué)和哈佛大學(xué)的天文學(xué)家團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一個非常特別的雙星系統(tǒng)，該雙星系統(tǒng)星食發(fā)生的持續(xù)時間長達(dá)3.5年，是迄今發(fā)現(xiàn)的星食持續(xù)時間最長的雙星系統(tǒng)。該系統(tǒng)發(fā)生星食的周期為69年，也創(chuàng)下了星食發(fā)生周期最長的歷史觀測記錄。該雙星系統(tǒng)還沒有正式的名稱，它的天體目錄序號為TYC-2505-672-1，距離地球約10000光年。

此前，星食時間記錄的保持者是御夫座-ε，它距離地球約2200光年，其中的巨星被它的伴星掩食，持續(xù)640～730天，星食發(fā)生的周期為27年。許多天文現(xiàn)象持續(xù)非常長的時間，在天文學(xué)家有限的一生中，往往不能完整地對其進(jìn)行觀測。因此，天文學(xué)家要借助許多歷史觀測記錄，才能掌握這類天文現(xiàn)象的來龍去脈。對雙星系統(tǒng)TYC-2505-672-1的了解，天文學(xué)家就借用了哈佛大學(xué)在1890年至1989年的觀測記錄，同時還得到了美國變星觀測者協(xié)會的幫助，此項發(fā)現(xiàn)也利用了該協(xié)會之前的觀測資料。

雙星系統(tǒng)TYC-2505-672-1的美術(shù)概念圖，Credi t: Jerem y Teaf ord, Vanderbi l t Uni versi t y

天文學(xué)家分析認(rèn)為，雙星系統(tǒng)TYC-2505-672-1由兩個紅巨星組成，其中一顆紅巨星的形態(tài)是巨大的氣體圓盤圍繞在很小的星核周圍，巨大的氣體盤可以遮擋另一顆紅巨星并持續(xù)3.5年。這項研究的論文已經(jīng)被國際著名學(xué)術(shù)期刊《Astronomical Journal》接受，第一作者喬伊?羅德里格斯（Joey Rodriguez）來自范德比爾特大學(xué)。

星系團(tuán)揭示暗物質(zhì)最新線索

暗物質(zhì)是一種神秘的宇宙現(xiàn)象?？茖W(xué)家認(rèn)為它占據(jù)宇宙中全部質(zhì)量和能量總和的27%。它在我們周圍，我們卻看不見也感覺不到它?？茖W(xué)家通過觀測暗物質(zhì)周圍可見物質(zhì)的表現(xiàn)，間接研究暗物質(zhì)本身。

包含成千上萬個星系的星系團(tuán)對于研究暗物質(zhì)非常重要，因為通常在這一區(qū)域暗物質(zhì)的密度會比較高?？茖W(xué)家認(rèn)為一個星系團(tuán)質(zhì)量越大，其中所包含的暗物質(zhì)越多。但是最新研究表明，實際情況可能更加復(fù)雜。

最近在《物理學(xué)評論快報》發(fā)表的，由來自美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室的弘尚?宮武（Hironao Miyatake）領(lǐng)導(dǎo)的研究表明，星系團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能與其周圍的暗物質(zhì)環(huán)境有關(guān)?？茖W(xué)家們研究了來自斯隆數(shù)字化巡天DR8星系表中的9000個星系團(tuán)，并根據(jù)這些星系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將它們分成兩組。其中一組中的星系團(tuán)里，星系較為分散，另一組星系較集中緊湊。使用引力透鏡的方法，可以確認(rèn)這兩組星系團(tuán)的質(zhì)量相近。經(jīng)過比較研究，科學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)環(huán)境決定了星系團(tuán)中星系分布是否緊湊。

“暗物質(zhì)環(huán)境的不同，決定了其中形成的星系團(tuán)的不同。我們的研究結(jié)果顯示星系團(tuán)與其周圍的暗物質(zhì)的關(guān)聯(lián)并非只體現(xiàn)在星系團(tuán)的質(zhì)量上，同時還體現(xiàn)在它的形成過程上。”宮武說。

這張圖片是星系團(tuán)阿貝爾1689內(nèi)部區(qū)域的影像，由美國宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝?？茖W(xué)家們認(rèn)為我們今天看到的星系團(tuán)，是宇宙誕生早期物質(zhì)密度起伏波動的結(jié)果。版權(quán)：N A S A/ ESA/JPL-C al t ech/Yal e/C N R S

發(fā)現(xiàn)隱藏在銀河系后面的眾多星系

天文學(xué)家利用澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織的帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡（Parkes Radio Telescope）在銀河系的后面新發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個星系。這些星系距離地球約2.5億光年，從整個宇宙的尺度看，這個距離很小。但是，它們被銀河系的恒星和塵埃所遮擋，之前從未被發(fā)現(xiàn)。這次新發(fā)現(xiàn)得益于帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡新裝配的新型接收機(jī)。

參加本項觀測研究的主要科學(xué)家之一，來自澳大利亞西澳大學(xué)（the University of Western Australia）的李斯特?斯特夫利-史密斯（Lister Staveley-Smith）教授說：“夜空中璀璨的銀河非常美麗，但是，為我們研究它后面的宇宙區(qū)域設(shè)置了障礙。早在20世紀(jì)七八十年代，銀河系就朝那個方向快速運(yùn)動，這有違宇宙膨脹的運(yùn)動規(guī)律，因此，科學(xué)家定義了一個‘巨引源’（Great Attractor），長期以來，天文學(xué)家一直試圖揭開‘巨引源’的秘密。這次新發(fā)現(xiàn)數(shù)百個新的星系有利于揭示這個謎題。”

這次共觀測到883個星系，其中的三分之一是之前從未發(fā)現(xiàn)過的。按照平均每個星系有1000億顆恒星，那么，數(shù)百億個星系在銀河系后面包含著我們至今還不了解的巨大質(zhì)量。參加這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)的天文學(xué)家分別來自澳大利亞、南非、美國和荷蘭等國家，他們的研究論文刊登在2016年2月出版的科學(xué)期刊《Astronomical Journal》上。

使用外來的星際氣體制造新恒星

宇宙中有一種恒星密集集中在一起的結(jié)構(gòu)，被稱為球狀星團(tuán)。一直以來，科學(xué)家認(rèn)為球狀星團(tuán)內(nèi)的恒星大多是在同一時期形成的，因為同一個球狀星團(tuán)中恒星年齡十分接近。然而最新的對一些古老球狀星團(tuán)中的年輕恒星的研究也許會改變這一推斷。

天文觀測發(fā)現(xiàn)球狀星團(tuán)中并不是都在同一時間形成的，而是可能經(jīng)過兩代到三代的恒星形成批次。由北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)，與來自西北大學(xué)、阿德勒天文館和中國科學(xué)院國家天文臺的天文學(xué)家共同進(jìn)行的研究也許能解釋這一令人費(fèi)解的現(xiàn)象。

使用來自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，研究小組第一次觀測到一種新現(xiàn)象，球狀星團(tuán)中的年輕恒星由來自球狀星團(tuán)外的氣體流所孕育。這與之前科學(xué)家認(rèn)為的，球狀星團(tuán)中年輕一代恒星是由老年恒星剝落氣體孕育的觀點截然不同。這一研究結(jié)果發(fā)表在1月28日出版的《自然》上。

“這一研究對解決星團(tuán)內(nèi)部存在多種恒星族群提供了一個新的思路?！闭撐牡牡谝蛔髡?，來自科維理研究所和國家天文臺的天文學(xué)家李程遠(yuǎn)說，“我們的研究顯示，新的恒星族群誕生可能源自星團(tuán)外部，而非內(nèi)部。”

這是一張由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的，位于大麥哲倫星云中的N G C 1783巨型球狀星團(tuán)的圖片。這一群恒星聚集的區(qū)域位于距離地球16萬光年的地方。版權(quán)：ESA/H ubbl e and N ASA.Acknow l edgem ent: Judy Schm i dt (geckzi l l a.com)

新發(fā)現(xiàn)的隱藏在銀河系后面的眾多星系，美術(shù)概念圖，C re d it：I nt ernat i onal C e n t r e fo r R a d io A stronom y R esearch，I C R AR

這一張合成圖像顯示了史密斯云的大小和位置。圖中史密斯云使用假色繪制。根據(jù)背景星空可以判斷出，這一氣體云位于夏季天鷹座的方向。左下角添加了滿月的圖標(biāo)，用以對比史密斯云的尺寸。版權(quán)：B.Saxt on and F.Lockm an (N R AO/AU I/ N SF), and A.M el l i nger

巨大星際云返回我們的星系

使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個氫氣云，以每小時113萬千米（70萬英里）的速度正在向我們的星系飛速沖來。它就是史密斯云?？茖W(xué)家測量了這個與彗星形狀相似的氣體云有11000光年長，2500光年寬。如果它是可見的，將橫跨天空，直徑是滿月的三十倍。

雖然圍繞我們的銀河系，有成百上千巨大的高速氣體云，但是因為眾所周知的運(yùn)動軌跡，使得史密斯云最為獨特。新的哈勃觀測表明這一氫氣云含有豐富的硫元素，是在7千萬年前從距離銀河系中心4萬光年的銀盤外延區(qū)域發(fā)射出去的。20世紀(jì)60年代初，天文學(xué)博士生蓋爾?史密斯發(fā)現(xiàn)了其中的氫元素發(fā)射出的無線電波。據(jù)研究，這一氣體云正運(yùn)動在一個返回碰撞軌道上，將在3000萬年之后回到銀盤之中。

“這一氣體云是星系演化中的一個例子，”來自馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的團(tuán)隊負(fù)責(zé)人安德魯??？怂菇忉尩溃八嬖V我們銀河系就好像一個活躍的，冒泡的結(jié)構(gòu)。氣體可能被從星系盤中的一個地方拋射出，并回到另一個地方?！?/p>

雖然史密斯云的起源問題得到了解釋，但是科學(xué)家仍不清楚為什么它會從銀河系中運(yùn)動到現(xiàn)在的位置。

（責(zé)任編輯 張長喜）