书城童书世界科学博览4
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第45章 高科技激发天文新突破(2)

出现这种神奇效果的天体,通常就是我们所知道的像磁星这样很难寻觅得到的中子星。

研究人员对位于南半球天坛座大约15000光年的星团内的一颗磁星的奇特状况进行描述。这颗磁星有着复杂的正式名称CXOU J164710.2-455216,但人们更多用的是它的非正式名称Westerlund 1 magnetar。

加利福尼亚州理工学院空间辐射实验室的一名科学家迈克尔·穆诺于2005年首次发现了这颗磁星。

2005年9月,这一目标发生的一次爆发恰好被许多颗卫星观测到,其中包括欧洲航天局的X射线卫星、“XMM-牛顿”卫星和美国宇航局雨燕X射线和γ-射线天文台。仅仅在这次爆发五天以前,穆诺和他的合作者还在利用“XMM-牛顿”卫星观察这颗磁星并且发现它处于相对平静的状态,这和他最初发现它时一样。像大部分的磁星一样,它产生一道X射线,就像从灯塔上发生的灯光一样,每十秒钟扫过地球一次,这提供了精确计算其旋转速率的机会。这次爆发也导致这颗磁星亮度超过一百倍,并产生三束单独的光束扫过地球,之前那里只有唯一的一束光线存在,并且其转速加速了大约千分之一秒钟。

穆诺说,它的成分依旧是一个谜团。然而,通过新的理论提出合理的猜测来理解其他的中子星是可能的。这颗中子星内部的磁场大概是内扭曲的,在某种意义上,这有点类似于地球上的板块构造,磁场向外壳加着压力。外壳将阻止压力一段时间,但是最终将会出现断裂,并产生地震波。这种断面将致使这颗磁星的表面更加明亮。同时,有理由认为,这颗中子星的内部是液体,可能比外壳旋转得更快。

穆诺补充说出了这次观测十分重要的两个理由:“第一,我们现在具有了解这些特殊的天体随着它们的年龄增长其内场逐渐损耗的另一个途径。第二,这一事件只是个新发现,因为我们的一组科学家正集中关注这一新发现的天体。在我们发现这种磁星仅仅一年之后就发现了这一事实,这暗示着在我们的星系中可能有更多的这种天体。”

自转最快中子星

欧洲空间局的科学家最近宣布,他们借助强大的“Integral”天文望远镜,发现了迄今转速最快的中子星,它每秒旋转1122圈,比地球自转快1亿倍。

最先观测到这颗星的西班牙天文学家库克勒说,早在1999年他便已发现了这颗代号为儿739-285的中子星,但不久前才通过望远镜算出它的转速。

这颗中子星的直径约10公里,但质量却与太阳相近,其密度惊人,高达每立方厘米1亿吨。其巨大引力使它从临近恒星不断夺取大量炙热气体,并不断诱发热核爆炸。

天文学家正是通过这种现象发现了它。此前的中子星自转纪录是每秒716圈,恒星转速一般在每秒270~715圈。700圈曾被认为是天体旋转极限,按目前的物理学理论,转速超过此极限,恒星将被强大离心力摧毁或化为黑洞。但最新发现否定了这一看法。

理论上,每秒1122转并不是旋转极限,大型中子星转速有可能高达3000转。令天文学家困惑的是,为什么天体在高速旋转的强大离心力下,依然会不断收缩,而且不损失自身物质。

恐怖“杀手”毁灭美丽天体

据国外媒体报道,借助功率强大的斯皮策空间望远镜,天文学家们日前发现了一次猛烈的超新星爆炸。与以往观测到的类似现象不同的是,此次超新星爆炸发生在“创造之柱”的附近。所谓的“创造之柱”位于天鹰座,于1995年被哈勃望远镜首次发现,其外表呈圆柱形,主要由寒冷的氢原子和灰尘组成。

在斯皮策拍摄到的最新照片中,“创造之柱”的附近充满了由炙热物质组成的巨大云团——它们正是一颗巨型超新星爆炸的产物。据科学家们计算,这颗超新星爆炸的时间大约在8000~9000年前,而其产牛的冲击波大约在6000年前破坏了“创造之柱”的结构。不过,由于天鹰座距离地球有大约7000光年之遥远,因此我们要在1000年之后才能看到超新星爆炸产生的光芒。

其实此前也曾有科学家发表过“创造之柱”已被超新星爆炸所摧毁的观点。他们的主要依据是:在该区域分布着20余颗巨型恒星,而它们的最终归宿都是一场猛烈的超新星爆炸。天文学家们认为,在一两千年前的古代天文文献中,应该能找到在天鹰座曾出现异常明亮天体(即超新星爆炸)的记录。

据悉,“创造之柱”周围的炙热云团最早由EKA红外空间望远镜发现,但斯皮策上的远红外观测设备最终确定了这些云团的成因。科学家们表示,从摧毁“创造之柱”的尘埃中将会逐渐形成新的恒星,而“创造之柱”本身也将成为新星体的“产房”。不过,由于“创造之柱”中大部分区域的密度都比较小,根本无法抵御即将到来的冲击波的袭击,因此千年之后,人们将再也看不到它曾经呈现出的绚丽景象。

深邃宇宙的蛛丝马迹

外星植物为什么不可能是蓝色

很多人在科幻电影中都见过五颜六色的外星植物,但是真实的外星植物是什么颜色,谁也没见过。科学家经过研究后近日提出设想,除了蓝色,外星植物有可能是七色彩虹光谱里任何一种颜色。

科研人员说,太空中其他星球的光线光谱可能与太阳不同。

通过进化,外星植物会吸收光线中某一种或几种颜色。如果外星球上的植物叶片对红色光线的吸收最弱,那么这个外星的森林和草地就“非常可能”是红色。

不过科研人员认为,外星植物不可能是蓝色,因为蓝色蕴含的光能比较高。植物对光线的吸收效率取决于光线蕴含能量的强弱,蓝光能量较高,对植物的光合作用有利,因此更容易被叶片吸收。

科研人员说,通过分析其他星球的光谱得出的研究结果,会使宇航员在寻找外星植物时知道应该以什么样的颜色为目标。

宇宙中普遍存在两个太阳的世界吗

美国宇航局斯皮策太空望远镜发现,灰尘碎片盘围绕着双恒星运行,这种情况很普遍。灰尘碎片圆盘由星系中行星形成后残余下的小行星大的岩石和其他物质组成。这项研究的详细资料已经刊登在最新一期的《天体物理学杂志》上。

大多数恒星像太阳一样至少有一个恒星相伴。天文学家理论推断,双星系统不管重力牵引多复杂,里面形成行星可能都没什么麻烦。新研究为此观点提供了强大的支持观察证据。

美国亚利桑那州大学的大卫—瑞林及其研究小组在距地球大约50~200光年远的69个双星系中寻找这种模糊状圆盘。他们发现,大约40%的双星系拥有模糊状圆盘,此比率比单个恒星有圆盘的机会要高些。这一发现表明,围绕双子星运转的行星很普遍,如同围着单一恒星运转的行星一样。

宇宙急速膨胀最终导致死亡美国乔治亚州大学的天文学家迪帕克—雷加维恩没有参与这项研究,但去年,他的小组报告说,许多停泊有行星的已知的恒星系统确实是双星,有的甚至是三星系统。

华盛顿卡内基学院的行星形成理论家艾拉—波斯表示,对行星猎人来说,此发现是鼓舞人心的新闻。

令人惊讶的是,在新观察中发现的大多数圆盘都围绕紧紧相靠的双星系统运转,其两个恒星的相隔距离在500AU或以下,一个AU是地球到太阳的距离。科学家知道大约有50个行星有双星系统,但它们都属于那种“宽松”的双星系统,其两个恒星的分隔距离大约有1000AU。发现如此相近的双星有行星形成的圆盘真是一个新突破。

一些科学家先前认为,在这些双星系中,恒星之间巨大的地心引力作用可能会将碎片踢出到外太空,行星形成将被扼制,无法形成行星。但瑞林他们的发现表明,双星系统中行星形成优势比单星系统强。任何绕着这些紧密相靠的双星旋转的行星都会体验两个日落,不过,两个紧紧相靠的双星也可能就是一个圆盘,因此很容易被发现。因此,还需要进一步的观察来确定这些解释是否正确。

宇宙会不断膨胀而最终死亡吗

宇宙膨胀速度正不断增加,我们的星系团将以超越光速的速度远去。

我们身处的宇宙已有近140亿岁了。它创造出了各种事物的原料,如恒星、行星、树、城市、汽车,甚至人类。我们的世界已经完成了,但宇宙仍在演变,它的结局到底怎样?目前,科学家提出了很多关于宇宙灭亡的推论。

有个说法指出,宇宙会耗尽能量并停止膨胀,恒星、星系、行星和所有原子都会开始塌缩,紧缩成针尖大小,这被称为大坍缩。

要了解宇宙是否会发生崩塌,科学家就必须先弄清,宇宙是否仍在膨胀,或膨胀的速度是否正在减慢。

通过测量1A型超新星响亮度,科学家就可以研究宇宙的死亡

美国劳伦斯·伯克利国家实验室教授、天体物理学家索尔·普密特通过寻找太空中的标记来研究宇宙的死亡。这些标记就是爆炸的恒星——1A型超新星。

他说:“只要找到足够的1A型超新星,你就能测量它们的亮度。亮度较高的超新星距离比较近,亮度越来越弱的超新星,一定是离我们越来越远。亮度很低的超新星,距离就很遥远了。”

1A型超新星很像制造重元素的超新星,但1A型超新星有个重要的特点,即它们爆炸的亮度都是相同的。

这是因为它们形成的过程都一样。两颗恒星在重力的作用下互相绕行,其中一颗是缩小的高密度恒星,发出高热和白光,它就是白矮星;另一颗恒星则膨胀成庞然大物,它就是红巨星,它的燃料即将耗尽。这两颗恒星互相绕行时,白矮星会吸取伴星的气体,开始年复一年地长大。当白矮星的质量达到太阳的1.44倍时,它就会崩溃,塌缩,接着爆炸,释放出耀眼的光线和能量。每个1A型超新星都是在相同质量时爆炸,因此,宇宙各处都有相同的亮度和可见度。

天体物理学家普密物研究发现,宇宙的膨胀速度并未变慢

普密特需要找到数百个1A型超新星,并测量它们远离我们的速度。

通过比较不同时空的超巨星的位置和年代,普密特便能计算出宇宙的膨胀是否在变慢。他得到了惊人的结果:宇宙的膨胀速度并未变慢。

普密特说:“我们开始这项计划时,目的是在测量宇宙膨胀变慢的速度,但它变慢的速度并不足以让膨胀停止。事实上,膨胀的速度几乎没有减缓。我们完成分析后发现,膨胀并没有减缓,反而是正在加速。”

普密特惊人的发现意味着,宇宙不会停止膨胀并崩坠成针尖大小的超密物质。事实正好相反,宇宙会不断加速膨胀。宇宙正在解体。

大约在1千亿年后,所有的星系都会瓦解,宇宙的结局是一切都会陷入停顿。

美国凯斯西储大学劳伦斯·克劳斯教授说:“宇宙的膨胀速度不断增加,直到一切都分崩离析,这并不只限于星系,还包括物质、地球、恒星、行星、人类和原子,所有的事物都会烟消云散。”

太阳燃烧殆尽,大约在1千亿年后,所有的星系都会瓦解。宇宙中将只剩下孤立的恒星,这些恒星的能量也即将用尽。有些恒星会变成白矮星或褐矮星,有些会塌缩成中子星或黑洞。大爆炸之后数千万亿年,就连黑洞也会消失。所有的物质都会分解成最基本的成分,原子也会分解。最后,连构成原子的质子也会发生衰变。

克劳斯表示,宇宙的未来很可能非常凄凉,成为寒冷、黑暗和空虚的地方。随着宇宙的不断膨胀,星系也开始互相远离,太空会变成一片空虚,死一般寂静。我们的星系团将以超越光速的速度远离我们,并消失在黑暗中。

最后,一切都会陷入停顿,这就是宇宙的结局。宇宙最后将会死亡,剩下的,只有冰冷、黑暗、死气沉沉的虚空。

揭秘宇宙黑暗物质

据国外媒体报道,一个国际研究小组日前利用美国宇航局哈勃太空望远镜观测到了宇宙黑暗物质,对人类目前已知的银河系结构进行了系统的分析研究,并绘制出了第一幅三维立体的宇宙黑暗物质模型。在这个模型中,科学家们利用重力透镜原理对宇宙中的黑暗物质分布进行了描绘。

这项最新的研究成果被发表在了最新一期的《自然》杂志上,发表的文章称,这是一次历史性的发现,科学家们首先利用标准的宇宙理论对宇宙形成理论进行描述,然后在这个理论的基础上绘制出了宇宙中黑暗物质的分布图。

宇宙中的明亮物质,如恒星、星系和离子云团,只占宇宙物质总量的约六分之一。其他更多的物质就是我们通常所说的黑暗物质,这些物质看不见,摸不着,充满神秘的色彩。虽然如此,天文学家们还是成功地绘制出了这一幅宇宙黑暗物质分布图,完成这个分布图的最主要的功臣就是重力透镜技术,天文学家们就是利用这项技术确定了宇宙中许多黑暗物质的具体位置。

这幅三维立体分布图非常详细,它标出了目前我们所知范围内的宇宙黑暗物质,就像是在黑暗中把一个城市看得清清楚楚。为了绘制这幅黑暗物质分布图,天文学家们研究了对数万个星系的探测资料,其中许多星系距离我们非常遥远,光线要从这些星系来到地球就必然要穿越充斥着黑暗物质的“宇宙矿野”,正是通过对这些光线的测定,科学家们才确定了“宇宙矿野”中黑暗物质的分布情况。

天文学家们采用的这种方法与爱因斯坦的广义相对论是吻合的,这种方法同样也可以说明这些宇宙黑暗物质已经存在了相当长的一段时间。按照这种理论推论,黑暗物质中的粒子性质也在不断地发生变化,科学家们将继续研究粒子性质的变化对路过的光线会产生什么样的影响,以期对黑暗物质的本质有一个更加深入的认识。

天文学家们表示,为了完成这项工作,他们不仅参考了大量哈勃太空望远镜的观测结果,还广泛利用分布在世界各地的陆基太空望远镜对遥远的星系进行了观测,从中获得了大量非常有价值的信息。

来自法国马赛航天实验室的天文学家简·克尼勃称:“绘制宇宙黑暗物质在时间和空间上的三维立体分布图为更好地理解星系的发展原理和宇宙中黑暗物质的进化过程提供了重要的基础性依据,具有非常重要的意义。这幅分布图的结论与标准的宇宙结构形成理论也是一致的,这无疑会对我们今后的宇宙探索产生深远的影响。”

南极射电望远镜将揭开宇宙形成之谜

据俄罗斯有关媒体报道,美国国家科学基金会建在南极点附近的射电望远镜已于近日完工。至此,从事宇宙研究的科学家们希望通过在南极特有的干燥而清澈的大气下,利用该望远镜观测展示宇宙初期形态的电波并最终解开宇宙形成之谜。