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银河系星际物质分布变化剧烈令科学家困惑
www.creaders.net | 2021-09-10 15:55:05  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

  银河系的演化历史一直是天文学中的重要议题。其中星际物质是银河系的一个重要组成部分,尤其是星际物质中的气体和金属成分。

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  目前科学家认为,星际物质主要有三个来源:一个是来自我们银河系外部的原始气体;一个是我们银河系内部恒星之间的富含金属元素的气体;以及由恒星间气体中存在的金属成分冷凝产生的尘埃。天文学中金属成分泛指非氢元素和氦元素的任何元素。

  目前的理论认为,这三种成分在整个银河系中均匀混合,并达到类似于太阳大气的化学成分分布,称为太阳金属丰度。

  然而根据日内瓦大学(UNIGE)领导的一个研究团队表明,这三种成分在银河系中分布并非均匀,而是有巨大的分布变化。这项新研究对目前星系演化理论有重大影响,必须大幅修改对银河系演化的认知。

  星系由一系列恒星组成,是由主要由氢和少量氦组成的星系际介质的气体冷凝形成的。与星系中的气体不同,星系际气体几乎不含金属成分。

  “星系由从外部落入的原始气体提供燃料,这使它们非常活跃并允许形成新的恒星。”日内瓦大学天文学教授、该论文的第一作者安娜丽莎·德·西亚(Annalisa De Cia)解释说。

  新形成的恒星在其整个生命周期中燃烧构成它们的氢,并通过核聚变形成其它元素。当恒星最终死亡爆炸时,爆炸会释放恒星所产生的金属,如铁、锌、碳和硅等元素,并将这些元素输送到星系的气体中。然后这些原子可以凝结成尘埃,尤其是在银河系中较冷、较密集的部分。

  “最初,当银河系在 100 亿多年前形成时,它没有金属。然后恒星逐渐用它们产生的金属丰富了环境,”研究团队解释说。

  因此,银河系的环境中就存在恒星产生的金属、由这些金属形成的尘埃粒子,以及来自银河系外定期进入的星系际气体。

  “直到现在,理论模型都认为这三种元素是均匀混合的,并在我们银河系的大部分区域都达到了类似太阳的金属丰度,只有银河系中心的金属丰度略有增加,因为那里的恒星更多。” 巴黎天体物理学研究所、索邦大学的研究员帕特里克·佩蒂让(Patrick Petitjean)解释说,“我们想使用哈勃太空望远镜上的紫外线光谱仪详细观察这一点。”

  光谱仪可以将恒星发出的光按其各自的颜色或频率分开,有点像棱镜或彩虹。在这种分解光中,天文学家对吸收谱线特别感兴趣。

  “当我们观察一颗恒星时,构成恒星与我们之间气体的金属元素以一种特有的方式,以特定频率吸收非常小的一部分光,这使我们不仅可以识别它们的存在,还可以说明它是哪种金属,以及它的含量有多高。”佩蒂让继续说道。

  在25小时内,科学家团队使用哈勃望远镜和智利的超大望远镜(VLT)观察了25颗恒星的大气。然而用这些光谱仪无法观测星际尘埃,即使它含有金属。 研究团队因此开发了一种新的观测技术。

  “它涉及通过同时观察铁、锌、钛、硅和氧等多种元素来考虑气体和尘埃的总成分,”研究团队解释说,“然后我们可以追踪尘埃中存在的金属数量,并将其添加到之前观察到的已经量化的数量中以获得总数。”

  利用这种新观测技术,天文学家发现,不仅银河系的环境不均匀,而且某些研究区域的金属丰度仅达到太阳金属丰度的10%。

  这与现有的星系演化理论大相径庭。然而,科学家并不清楚这种剧烈变化的星际物质分布到底意味着什么。

  “这一发现在星系形成和演化的理论模型中非常关键,”日内瓦大学天文学研究员延斯-克里斯蒂安·克罗盖格(Jens-Kristian Krogager)说,“从现在开始,我们将不得不通过提高分辨率来完善理论模拟,从而考虑银河系不同位置金属丰度的这些变化。”

  这些结果星系演化尤其是银河系的演化离论有重要影响。事实上,金属元素在恒星、星际尘埃、分子和行星的形成中都起着重要作用。 科学家们猜测,银河系中新形成的恒星和行星可能和我们熟悉的太阳系有巨大区别。

  由此可见,要想了解宇宙的奥秘就得拓宽思维,不能被眼前看到的一点点表象束缚自己的观念。

  这项新研究发表在2021年9月8日的《自然》杂志上。

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