191顆恒星的精確資料!科學家為何要研究這個?原來意義重大

當我們仰望夜空時,看到的星星基本上都是恒星。這些恒星不論多麼巨大,多麼耀眼,呈現在夜空中,都是看起來一樣的光點而已,沒有人知道它們有多大、距離我們有多遠、亮度有多高。

科學家知道。

憑藉著聰明的頭腦和巧妙的計算,科學家們已經可以推測許多宇宙天體的基本資料了,比如天體半徑、質量、和我們的距離等等。不過,他們似乎並不滿足,而是仍然孜孜不倦地進行著研究,希望將資料計算得更加精確。

就像我們說的,這些恒星不論本身多麼巨大,在我們眼中都只是光點。沒有參照物,讓很多探測都難以進行。比如我們熟悉的巨型恒星參宿四,其半徑和距離資料,科學家們已經測量並修改許多次了,目前仍然不敢說是最終的結論。

(圖片說明:參宿四)

實際上,這項工作開展的時間非常早,是在1997年。也就是說,在24年前,就已經有一批天文學家開始精確測量這些天體的資料了。他們利用的,是美國帕洛馬山天文臺的試驗台干涉儀(PTI),這是作為夏威夷的凱克干涉儀的測試平臺而建造的,卻在這次研究中大顯神威。

在本次研究中,天文學家們關注的是宇宙中的巨無霸——那些體積非常巨大的恒星。我們知道,在銀河系內,只有20%左右的恒星比我們的太陽更大,但這些恒星的尺寸卻相當驚人。

當然了,天文學家對這些巨星進行探測,並不只是想知道它們到底有多大,而是為了進行更多的科學研究。

(圖片說明:北河三與太陽的對比)

所謂的巨星,不僅僅是體型比太陽大,它們的內部也不同。在太陽這樣的主序星核心處,氫在極端的高溫和高壓之下進行著聚變反應,產生氦。甚至對于更小一點的褐矮星(已經算不上是恒星了),它們內部只有含有一個中子的氫同位素氘能夠進行聚變,所以要更暗、更冷。

而這些巨星,已經脫離了主序星階段,進入到了演化末期。在它們的核心處,能夠供應聚變的氫消耗殆盡,以至于氦開始聚變。從外部來看,它們的體型會變得非常巨大,甚至可以達到太陽的數百倍;亮度也非常驚人,是太陽的幾十到幾千倍。根據物質流失速度等方面的差異,這些巨星中又被分類出超巨星和特超巨星。

(圖片說明:洛厄爾天文臺)

來自洛厄爾天文臺(就是發現了冥王星的那個天文臺)的天文學家Gerard van Belle是本次研究的領導者,是干涉測量方面的專家,還是海軍精密光學干涉儀的首席科學家。他和他的同事們在《天體物理學雜誌》上發表了相關論文,介紹了本次研究的成果,他也是論文的第一作者。

在他的帶領下,天文學家們一共對191顆巨星的溫度、尺寸等資料進行了精確的觀測。

這已經不是天文學家第一次對宇宙中的巨星進行詳細調查了,在2003年的時候,就有一項研究利用威爾遜山天文臺的Mark III恒星干涉儀,對85顆巨星進行了調查。不過,這一次的研究中,不論是調查的數量還是精確度,都要比上一次要高得多。

(圖片說明:威爾遜山天文臺)

PTI不僅僅是一台死板的設備,它還有一部分自主運行的能力,可以說是個小機器人,因此它擁有著更高的效率。根據作者的描述,它可以在任何一個允許觀測的夜晚對這些恒星資料進行收集。Van Belle自信地說,從調查的恒星數量方面來講,這次任務比以往任何一次研究的規模都要至少大1倍以上。

你可能要問了:研究這些到底有啥用呢?

其實,這件事比你想象中要更加重要。

很早以前,天文學家就發現,恒星的顏色和它們的表面溫度有著密切的關係。越紅的恒星溫度越低,比如紅矮星就是宇宙中溫度最低的恒星;而越熱的恒星,反而呈現出藍色甚至是白色。

(圖片說明:藍巨星極大極熱)

如果天文學家們能夠對各種各樣的恒星進行這些關係的梳理,那就相當于給這些恒星準備了一把尺子,而這些資料就是尺子上的刻度。從此以後,我們就可以用這樣的「尺子」來測量天體了。研究人員指出,在未來幾年的時間內,本次研究的成果都可以作為巨型恒星的標準參考。

這一次對恒星的溫度測量達到了前所未有的精確度,至少比以往的研究高出2-4倍。van Belle自信地說:「這意味著,假如你告訴我一顆恒星的顏色,或者告訴我這顆恒星是什麼類型,那麼我就可以告訴你它的溫度,而且有更大的把握。」

有了這把「尺子」,天文學家能進行怎樣的研究呢?

(圖片說明:紅巨星)

首先,它可以用來研究系外行星。因為目前天文學家對系外行星的研究,都依賴于其宿主恒星。比如一顆行星有多重,我們就要先知道恒星有多重,然後利用萬有引力定律等方法進行計算。因此,不論是恒星的質量還是半徑抑或亮度等參數,對于天文學家來說都是至關重要的。當這些參數足夠精確了,計算出來的行星資料也就更精准了。

另外,這樣的研究還可以幫助我們推測太陽的未來。

我們知道,大約在50億年後,太陽就會變成一顆紅巨星,外殼大幅膨脹,將水星、金星和地球的軌道吞沒,甚至可能會吞沒掉距離今天的太陽超過2億公里的火星。

(圖片說明:太陽變成的紅巨星或將把地球「燒焦」)

然而,這些也只是天文學家的推測,到底太陽會以怎樣的方式膨脹、膨脹到多大,都是一個謎。10倍?100倍?這些都是未知的。通過這樣的研究,天文學家也可以更好地預測太陽在死亡的過程中會經歷什麼,也能解釋今天的太陽所表現出來的一些現象。

儘管宇宙十分浩渺,地球連一粒沙子都算不上。但我們仍然可以試圖找到各種各樣的「尺子」,去測量這些遙遠、巨大的天體。別看人類的體型不大,但我們的尺子是真的大!

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