基本介紹
- 中文名：超高速恆星
- 外文名：hyper-velocity stars
- 類型：恆星
- 特點：運行速度極快的恆星
- 可能用途：星際穿越的媒介
- 速度：可達三分之一光速
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詳細介紹
由於太空的廣袤無窮，星星們看起來就像天體的固定裝置一樣，在夜空中紋絲不動。事實上，恆星一直在宇宙中快速移動，有的移動速度可達每秒數千甚至數萬公里。天文學家發現，在銀河系中存在著無數此類的超高速恆星，它們大多是從黑洞中心被拋射出來，然後逃離銀河系。如果有兩個超大質量黑洞相互作用，甚至可能會拋射出超級超高速恆星，速度甚至可達三分之一光速。迄今為止，科學家共發現約二十多顆超高速恆星，他們甚至猜想，這些恆星可能會充當外星生命的星際運輸車。
這種超高速恆星的速度大約是世界上最快速火車運行速度的十萬倍，是人類歷史上最高速宇宙飛船飛行速度的一千倍，也就是說，在你穿上襪子的瞬間，這些恆星已經環繞地球轉了好幾圈。總之，速度快得驚人。一些天體物理學家指出，按道理這些恆星可以移動得更快一些——甚至接近光速。由於這些超高速恆星可能擁有自己的行星，從而令科學家猜想，恆星可能充當著外星生命的星系際運輸機的角色。但是，你不用構想能夠發現可逃逸出銀河系的恆星。每秒一千公里左右的速度已經非常快了，足夠令一顆恆星沖入廣袤寂寞的太空中。大約在10年前，科學家才發現這些被稱為超高速的恆星，迄今為止共發現大約二十多顆超高速恆星，正在逃離銀河系。科學家還在努力尋找更多這樣的恆星。
儘管被冠以超高速恆星之名，但是這些恆星並非是目前已知移動速度最快的恆星。移動速度最快的頭銜當屬於銀河系中心超大質量黑洞周圍高速旋轉的恆星，其中一顆的速度高達每秒12000公里。由於這些巨型黑洞的重量是太陽的四百萬倍，因此其附近的恆星即使移動速度如此之高，也無法逃離黑洞的引力。然而，這些恆星在將超高速恆星踢出銀河系的過程中，發揮了不可或缺的作用。1988年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室天體物理學家傑克-希爾描述了一次假想性相遇，即一個超大質量黑洞與一個雙星系統相遇。在雙星系統中，兩顆恆星會互相環繞旋轉。希爾意識到，如果雙星靠得太近，與黑洞的重力之舞將會把其中一顆恆星以每秒數千公里的速度拋出。於是，他將這些被放逐的恆星稱之為超高速恆星。與此同時，黑洞會將另一顆恆星拉入一個緊湊的軌道。
研究這些超級超高速恆星，有利於太空探索。通過關聯恆星的年齡與其移動速度，科學家可以估算出恆星在宇宙中穿行的距離，從而為測量宇宙空間距離提供了一種新思路。這些超級超高速恆星還猶如一盞指路明燈，預示了兩個超大質量黑洞的融合。歐洲航天局電子情報衛星預定於2028年發射，屆時將可探測這些黑洞劇烈碰撞所產生的重力波。
科學家確信，這些恆星的一小部分將變得速度更快。如果一個超大質量黑洞迅速旋轉，一顆恆星隨之繞同一方向沿軌道轉動，隨之而來的第二個黑洞將以近光速的速度將這顆恆星拋射出去。亞光速恆星將成為最終的航天員，快速穿過廣袤的星際空間。一顆行星可以繞這些恆星軌道運行，如果軌道足夠緊湊——相比較地球與太陽之間的距離——這顆行星就能在星系的驅逐中存活下來。古拉什表示，由於黑洞附近的惡劣環境，生命很難進化下去。即便有這種可能，這些恆星將成為外星生命穿梭星系之間的一個工具。不需要任何昂貴的宇宙飛船。
恆星基本知識
本身能發出光和熱的天體，如太陽。過去認為這些天體的位置是固定不動的，所以叫恆星。實際上恆星也在運動。
恆星是宇宙空間中自身能發光，並由熾熱氣體組成的天體。由於離我們太遠，看上去只是一個發光的小亮點。恆星並非恆定不動，但由於離我們太遙遠，短時間覺察不到它的運動和位置的變化，故名恆星。肉眼可見的恆星約有6000多顆，通過望遠鏡可觀測到更多更暗的恆星。按其亮度變化可分為變星、耀星、新星、超新星；按其光度分，光度大的稱為巨星、超巨星，光度小的稱為矮星；按顏色劃分，則有紅星、藍星；按光譜型可分為O、B、A、F、G、K、M型。根據視差位移原理等方法可測定恆星的距離，已測定距離的恆星數量並不多，其中太陽是離我們最近的一顆恆星。不同的恆星物理性質差異很大，有的恆星光度是太陽的幾十萬倍；有的則是幾十萬分之一；有的恆星體積比太陽大10億多倍；有的小到和小行星體積相似。一般來說，恆星質量都很大，相互差異不像體積和光度那樣懸殊；而恆星的密度、表面溫度、顏色和光譜特徵均有很大差異。像太陽一樣，恆星都有自轉運動，由於觀測上的困難，精確測定了自轉周期的恆星並不多。恆星可按其在天球上的視位置劃分為“星座”，通常在星座名稱後加一希臘字母或數字表示恆星名稱；有的恆星有專名，這主要是為尋找和觀測恆星方便而設立。
從對大量恆星的分析研究發現：恆星的大小相差非常懸殊，大的非常大，如仙王星座的VV星的主星，直徑可比太陽直徑大2000多倍，而小的又非常小，如一顆中子星直徑只有20～30公里左右。恆星的質量卻很相近，多數恆星質量為太陽質量的0.5～5倍之間，少數在1/30～70倍之間，比起大小的差異就小得多了。因而恆星的密度相差極大，大的極大，如中子星密度是水的10萬億倍，即1億噸/（厘米）；小的極小，如心宿二密度只有水的百萬分之一，還不到地球表面空氣密度的千分之一。常用絕對星等（參考“星等”）來表示恆星的發光能力（即光度），光度小的恆星叫矮星（如太陽是矮星），光度大的叫巨星，更大的叫超巨星，表面輻射的能量最多。恆星的顏色也各不相同，這反映了它們的溫度不同。發紅橙色的恆星，溫度偏低約2000～4000度，發藍白色的，溫度可達幾萬度。太陽溫度居中約6000度，發黃色。
恆星的種類很多，根據它們不同方面的特性而分類。亮度起伏變化的恆星叫變星，引起變化的原因各不相同而得到不同的名稱。有的由幾何位置變化引起，如兩個恆星互相繞轉，產生相互掩食而引起亮度變化叫食變星（或叫交食雙星）。多數變星是由本身的物理原因引起亮度的變化，一種星體內有一會兒膨脹、一會兒收縮的周期性變化而引起亮度變化叫脈動變星。另一種變星由於星體本身的爆發而使亮度突然激增叫爆發變星。爆發變星中根據爆發的情況分為：新星——幾天之內亮度突然增加9個星等以上，然後逐漸下降恢復；超新星——亮度變化超過17個星等的變星，爆發後恆星瓦解，成為星雲或白矮星、中子星、黑洞。如：1054年金牛座超新星爆發最亮時比金星還亮，目前剩下超新星星雲（叫蟹狀星雲）和一顆中子星，中子星是幾乎完全由中子構成的恆星，它具有短周期的脈衝輻射又叫脈衝星；黑洞是理論預言的一種特殊天體，它具有強大的吸引力，任何東西包括光子只要進去就再也出不來。所以這個天體不可能被看到。目前認為天鵝座X-1可能是黑洞的天體，白矮星是溫度很高的發白色的矮星，體積很小，密度很大。不少恆星不是單獨存在，而是兩顆以上的恆星離得很近，相互之間有作用力的恆星集團。如果兩顆恆星相互有物理聯繫，在引力作用下彼此互相繞轉叫物理雙星；如果三、五個互相有物理聯繫的恆星組成多重恆星系統叫聚星。如大熊星座中的開陽星是七顆恆星組成的系統，是七合星；如果十顆以上恆星組成的具有物理聯繫的恆星集團叫星團，如金牛座中昴星團，肉眼可看見七顆，實際上它是由200多顆星組成的星團。
研究展望
超高速星作為研究銀心大質量黑洞、銀河系暗物質暈的結構以及銀河系引力勢模型等問題的有力工具，越來越受到人們的關注。近年天文學家在搜尋超高速星，研究它們可能的產生機制以及利用超高速星樣本研究銀河系引力勢模型等方面開展了很多工作。本文首先總結了最早發現的顆超高速星的研究成果，其次總結了系統搜尋早型大質量超高速星、晚型小質量超高速星以及處於恆星演化晚期的型超高速星的研究成果。從年發現第一顆超高速星到現在，超高速星搜尋領域取得了很多重要的成果，未來仍有許多需要開展的工作。第一，超高速星的發現非常依賴自行和距離測量的精度，因此，更高精度自行和距離的測量是未來超高速星搜尋領域需要不斷研究和解決的問題。第二，對己發現的超高速星候選體進行光譜證認也是很重要的工作，通過多次觀察可以解決很多目前尚不清楚的問題。比如它們是否是雙星，如果能夠從中發現超高速雙星，將證明確實存在能夠從銀河系逃逸的超高速雙星。第三，目前己經發現的超高速星及候選體以晚型和型恆星為主，今後有可能在更廣的顏色和距離範圍內尋找和發現超高速星。第四，利用在建的或者已經建成的望遠鏡獲取數量更大的光譜數據，並從中全面地搜尋各種類型的超高速星。
逃離銀河系
據國外媒體報導，在銀河系的邊緣，一些恆星由於高速運行所產生的巨大能量，幾乎可以使它們脫離引力的束縛，從而逃離銀河系。一直以來，物理學家們都認為大多數恆星都是通過銀河系中央的一個巨大的黑洞而獲得加速度。然而，最新的一項研究表示，事實可能並非如此，這也極大的挑戰了物理學家們對於恆星和暗物質的認知。研究發現約20多顆超高速恆星正逐漸脫離銀河系，並且首次發現了存在兩顆相互環繞運行的雙星也是以如此的超高速運行。
高速運行的恆星一直被認為是受到銀河系中央巨大黑洞的影響，由於近距離的相互作用力而獲得加速度，在這樣的相互作用力下，雙星系統極難形成，如今的這項發現無疑對以往的認知帶來了巨大的挑戰。這個被命名為PB3877的系統在2011年被首次確認為存在超高速恆星。來自埃爾朗根-紐倫堡大學及加州理工大學的天文學家們在對該恆星進行了更深入的觀察研究後發現，事實上這是兩顆恆星。
加州理工大學的TomasKupfer博士認為我們驚訝的發現，微弱的吸收線並不是來自高溫恆星，低溫的伴星反而像個主導的高溫恆星那樣，表現出極高的視向速度。這個雙星系統中，高溫的緻密星表面溫度達到太陽的5倍，而伴星卻比太陽的溫度低1000多度。UlrichHeber教授認為我們也發現了其它24顆超高速恆星，但都是一顆顆單獨的恆星，從未在可見光譜中發現有伴星的存在。
這個雙星系統大約位於18000光年之外，高溫緻密星的質量只有太陽質量的一半，伴恆星大約是太陽質量的0.7倍。令人不解的是，根據研究團隊的計算分析，這樣的恆星幾乎不可能在銀河系的中央誕生。現階段也沒有已知的機制，能夠在不破壞兩顆恆星相互環繞運行軌道的前提下，還能使它們加速到如此高速。團隊成員EvaZiegerer博士稱我們也提出了其它的可能性，例如恆星碰撞，以及超新星爆炸，但這些假設最終都會導致破壞兩顆遠距雙星穩定的運行軌道。
通常認為銀河系中央大質量黑洞能夠使恆星加速運行，並且通過破壞雙星中最初形成的恆星，從而使其它恆星從銀河系中遠遠彈開。這也是大多數超高速恆星被認為是在銀河中央產生的原因。首席研究員PeterNémeth表示，PB3877雙子星也許來自其他星系。在銀河系的外圍有各種各樣的恆星流，銀河系中強大的潮汐力將一些矮星系撕扯成片，而這些恆星流通常被認為是這些星系的遺留物。
