大自然喜欢螺旋——从飓风的漩涡,到围绕新生恒星的风车状原行星盘,再到我们宇宙中广阔的螺旋星系领域。

现在天文学家们困惑地发现,在银河系的卫星星系小麦哲伦星云中,年轻的恒星正在螺旋状地进入一个巨大星团的中心。

在这个巨大、形状奇特的恒星托儿所NGC346中,螺旋的外臂可能正在以一种类似河流的气体和恒星运动来孕育恒星的形成。研究人员说,这是一种促进恒星诞生的有效方法。

位于小麦哲伦星云中的大质量星团NGC 346,以其不同寻常的形状长期吸引着天文学家。现在,研究人员使用两种不同的方法确定,这种形状部分是由于恒星和气体以类似河流的运动螺旋进入这个星团的中心。叠加在NGC 346上的红色螺旋描绘了恒星和气体向中心移动的轨迹。科学家表示,这种螺旋运动是从外部向星团中心推进恒星形成的最有效方式。
影像来源:Illustration: NASA, ESA, Andi James (STScI)

小麦哲伦星云的化学成分比银河系更简单,这使得它与较年轻的宇宙中发现的星系相似,那时较重的元素更加稀缺。正因为如此,小麦哲伦星云中的恒星燃烧的温度更高,因此燃料耗尽的速度比我们银河系的恒星更快。

尽管小麦哲伦星云是早期宇宙的代表,但它距离我们20万光年,也是我们最近的银河系邻居之一。

了解小麦哲伦星云中的恒星是如何形成的,为宇宙历史早期大爆炸后约20至30亿年的“婴儿潮”(宇宙现在有138亿年历史)的恒星诞生风暴提供了新的线索。

新的结果发现,那里的恒星形成过程与我们银河系相似。

NGC 346直径只有150光年,质量相当于5万个太阳。它迷人的形状和快速的恒星形成率让天文学家困惑不已。NASA的哈勃太空望远镜和欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)联合起来,才揭开了这个神秘的恒星巢穴的行为。

“恒星是塑造宇宙的机器。没有恒星,我们就不会有生命,但我们并不完全了解它们是如何形成的。”巴尔的摩太空望远镜科学研究所的研究负责人埃琳娜·萨比解释说。“我们有几个模型进行预测,其中一些预测相互矛盾。我们想确定是什么在调节恒星形成的过程,因为这些是我们还需要了解早期宇宙中所看到的规律。”

研究人员用两种不同的方法确定了NGC 346中恒星的运动。萨比和她的团队使用哈勃望远镜测量了11年来恒星位置的变化。这个区域的恒星以每小时2,000英里的平均速度移动,这意味着在11年里它们移动了2亿英里。这大约是太阳和地球之间距离的两倍。

但这个星团在邻近的星系中相对较远。这意味着观测到的运动量非常小,因此很难测量。这些异常精确的观测之所以成为可能,完全是因为哈勃望远镜的高分辨率和高灵敏度。此外,哈勃长达30年的观测历史为天文学家提供了一个基线,可以随着时间的推移跟踪微小的天体运动。

第二个团队由欧洲航天局AURA/STScI的彼得·宰德勒领导,使用基于地面的VLT的多单元光谱探索者(MUSE)仪器测量径向速度,以确定物体是在接近观察者还是在远离观察者。

“真正令人惊讶的是,我们用不同的设备用两种完全不同的方法,基本上得出了相同的结论,彼此独立。”宰德勒说。“使用哈勃,你可以看到恒星,但使用MUSE,我们也可以看到气体在三维空间的运动,这证实了万物向内螺旋运动的理论。”

但为什么是螺旋形?

“螺旋是一种很好的、自然的方式,可以让恒星从外部流向星团中心。”宰德勒解释说。“这是推动恒星和气体向中心移动的最有效方式。”

这项研究NGC 346的哈勃数据有一半已经存档。第一次观测是在11年前进行。它们最近被重复用来追踪恒星随时间的运动。鉴于望远镜的寿命,哈勃数据档案现在包含超过32年的天文数据,为前所未有的长期研究提供动力。

“哈勃档案真是一座金矿。”萨比说。“多年来,哈勃观测到很多有趣的恒星形成区域。鉴于哈勃表现如此之好,我们实际上可以重复这些观测。这真的可以推进我们对恒星形成的理解。”

研究团队的发现发表在9月8日的《天体物理学杂志》上。

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测应该能够分辨出星团中质量较低的恒星,从而提供该区域更全面的视图。在韦伯的生命周期内,天文学家将能够重复这个实验,并测量低质量恒星的运动。然后,他们可以比较大质量恒星和小质量恒星,最终了解这个托儿所的全部动态。

大自然喜欢螺旋——从飓风的漩涡,到围绕新生恒星的风车状原行星盘,再到我们宇宙中广阔的螺旋星系领域。现在天文学家们困惑地发现,在银河系的卫星星系小麦哲伦星云中,年轻的恒星正在螺旋状地进入一个巨大星团的中心。
影像来源: NASA’s Goddard Space Flight Center; 首席制片人:Paul Morris

哈勃太空望远镜是NASA和欧洲航天局(ESA)之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理这台望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃太空望远镜的科学操作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。

参考来源:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasas-hubble-finds-spiraling-stars-providing-window-into-early-universe

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