9778818威尼斯官网:黑洞碰撞重塑物理,哈勃望远

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黑洞碰撞重塑物理 来自太空重要信号开启引力波天文学新时代

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星团是否包含许多代恒星或只有一颗?科学家长期以来一直在寻找答案,并且由于亚利桑那大学的MMT望远镜,在野鸭群中找到了一个,其中恒星以不同的速度旋转,掩盖了他们的共同年龄。

天文学家利用哈勃太空望远镜在星团R136中发现超大质量恒星群。

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M13球状星团,又名NGC 6205,是一组位于武仙座的球状星团。它的天球坐标位于赤经16h 41.7m,赤纬 36° 28'。

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这一超大恒星群中的5颗恒星为最新发现,其质量均在太阳的100倍以上。另外4颗在2010年发现,其质量均在太阳的150倍以上。它们是目前科学家发现的最大的恒星样本。研究结果将发表在英国《皇家天文学会月刊》上。

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双星黑洞会以引力波的形式辐射大量轨道能量。图片来源:Mark Garlick

该星团的视星等为5.8,在清晰的夜空勉强可以肉眼看见,其半径约为165光年,拥有大约100颗恒星,距离地球25,100光年。

在UA与韩国天文学和空间科学研究所的合作伙伴关系中,韩国和比利时天文学家团队使用UA仪器来解决关于称为疏散星团的恒星群的难题。天文学家长期以来认为,许多疏散星团由一代恒星组成,因为一旦恒星形成,它们的辐射会吹走附近制造新恒星所需的物质。但是在野鸭群中

被科学家们称为梅西耶11或M11--相同亮度的恒星以不同的颜色出现,这表明它们具有不同的年龄。除非科学家们错过了关于恒星演化的重要线索,否则必须有另外一种解释,即在大约2,900颗恒星的积累中颜色的扩散。

“天文学家几十年来一直在研究这个问题,”UA管家天文台副天文学家Serena Kim说。“群集是在一代还是多代中形成?我们的研究为野鸭群提出了这个问题。”庆熙大学的Beomdu Lim领导了一个国际天文学家团队,他们使用由UA和史密森天体物理天文台联合运营的MMT望远镜来研究该星团。在自然天文学发表的一项研究中,研究小组发现,不是星星的年龄导致它们以颜色的扩散出现:它是它们的旋转。

开放星团包含数千颗恒星,天文学家假设这些恒星是由相同的巨大气体云形成的。这些恒星有各种尺寸,从短寿命的巨型蓝色恒星,比我们的太阳大几十倍,到长寿的低质量矮人,将燃烧100亿年或更长时间。每颗恒星的亮度和颜色随着年龄的增长而变化,使科学家们能够确定它的年龄。“随着明星越来越老,它会变亮,变得越来越红,”林说。天文学家将年轻恒星的亮度和颜色绘制成对角线

  • 从线条顶部的明亮,蓝色和大块,到底部的微弱,红色和较小的质量 - 称为主序列。

转折点 - 恒星老化和偏离主序列的点 - 用于根据每颗恒星的已知预期寿命确定星团的年龄。如果星星离开主序列在同一点,就像高速公路上的汽车走同一个出口,那么星团的星星都是相同的年龄。然而,在野鸭群中,星星在不同的点上转向对角线,就像沿着高速公路的不同出口的汽车一样。“这似乎并不直观,因为像M11这样的开放式集群中的恒星被认为属于同一代,”金说。Lim和他的团队着手发现什么恒星属性可以解释这种模式。他们将MMT望远镜转向星团,用Hectochelle检查恒星的色谱。该仪器就像一个棱镜,将星光传播到其组成部分,天文学家称之为光谱。光谱就像条形码,每条线都识别出恒星化妆中的不同化学物质。

Hectochelle可以同时捕获许多恒星的详细光谱,使其成为观察由数千颗恒星组成的野鸭等群集的理想仪器。当一颗恒星旋转时,它的一侧向地球移动而另一侧向外移动。向地球旋转的恒星的一半发出的光线波长看起来很窄,使得光线看起来比星星不移动时的光线更蓝。旋转离开地球的恒星的一半会使波长看起来拉长,使其光线看起来更红。这种压扁和拉伸会导致光谱线在一系列波长范围内扩散,而不是仅仅在一个波长上。事实证明,野鸭群中的恒星散布在色谱中,不是因为年龄的不同,而是因为不同的旋转周期。“旋转对恒星演化的影响在过去经常被忽略,”比利时列日大学的天文学家,该论文的共同作者YaëlNazé说。

光谱还显示恒星以不同的速率旋转。Lim和他的团队进行了计算机模拟,以了解每颗恒星的旋转速度。“一颗快速旋转的恒星可以比一个缓慢旋转的恒星保持在主序列阶段,”林说。“各种各样的恒星速度导致恒星之间的寿命不同。”旋转速度就像是一颗年轻的恒星喷泉:它旋转得越快,它就越能将氢气

  • 恒星的燃料 - 混合到其核心。核心接受的氢气越多,恒星的寿命越长,使其看起来比年轻的兄弟姐妹更红。群集中的星星以不同的颜色显示,因为它们诞生的云将它们设置为运动,这将延长其中一些星期的寿命。虽然不是Wild Duck Cluster研究的一部分,Kim过去曾与Lim合作研究其他星团并发现恒星形成的奥秘。他们的合作是UA与韩国天文学和空间科学研究所之间不断发展的伙伴关系的一部分。

据美国国家航空航天局官网报道,星团R136的宽度只有几光年,坐落在蜘蛛星云,距地球约17万光年。这一年轻的星团中有很多质量极大、明亮炽热的恒星,它们的能量主要以紫外线的方式辐射出来。天文学家也正是通过紫外线发现了这些超大质量恒星的存在。

主持人:实习记者 于紫月

在宇宙尺度上,这次事件是灾难性的——黑洞合并令周围的时间和空间结构发生剧烈摇晃,并且在整个宇宙以光速发出一阵被称为引力波涟漪的时空振动。

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这9颗超大质量恒星不但质量极大,而且极为明亮,它们加在一起亮度是太阳的3000万倍。除此之外,科学家还在这个星团中发现十几个质量超过太阳50倍的恒星。

超大质量黑洞哪里来

不过,这正是地球上的物理学家一直在等待的灾难类型。去年9月14日,当这些涟漪扫过最新升级的激光干涉引力波天文台时,它们以峰值的形式在美国路易斯安那州和华盛顿州两台L形探测器的读数上露面。这是科学家第一次记录下引力波信号。

M27为行星状星云,其呈球状扩展的气体并不均匀,在东西方向变得十分稀薄,形似哑铃 ,因而又叫哑铃星云。它位于狐狸座。1764年7月12日,梅西耶发现了它。M27比较明亮且结构较清楚,是小型望远镜观测的好目标之一。行星状星云是一些恒星演化到晚期所形成的星云。我们的太阳在寿终正寝的时候,可能也会形成这类星云。哈勃太空望远镜拍摄的M27局部特写,显示了气状结的细部结构。在照片中还可见到许多年轻的亮星,以及一片片的星际尘埃。

天文学家还通过紫外线研究了这些庞然大物释放出的能量,并发现它们每个月都以1%的光速喷射出相当于地球质量的物质。也就是说,它们短暂的生命一直在经历剧烈的“减肥”过程。

现在有了新理论

“就是它!”LIGO团队成员、芝加哥大学天体物理学家Daniel Holz说:“它是如此的强烈和美丽,在两台探测器上都是这样。”尽管信号的形状在理论中很常见,但Holz表示:“当你在数据中看到一些东西时,会发现它完全不同。这是一个神圣的时刻。”

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2010年,该研究第一作者、天体物理学家保尔·克劳瑟于和他的同事在星团R136中发现4颗超大质量恒星时,很多天文学家感到非常惊讶。因为它们的质量超出了公认的恒星质量的上限。现在,最新普查发现的5颗庞然大物,再次提出超大质量恒星是如何形成的问题,因为它们的起源依然不为人知。

日前,加拿大韦仕敦大学物理和天文学系的研究人员在《天体物理学杂志快报》上发表论文,提出了可以解释超大质量黑洞质量和光度分布的“直接坍塌”理论。

这个以其出现日期被正式命名为GW150914的信号,被恰当地誉为物理学的里程碑。它为阿尔伯特:爱因斯坦的百年广义相对论提供了大量证据。广义相对论认为,物质和能量会扭曲时空,引力则是此类扭曲的结果。在伊利诺伊大学香槟分校开展相对论计算机模拟的Stuart Shapiro,将最新发现视为“自广义相对论提出以来,对其进行的最重要确认”。

M33星系、银河和最邻近的仙女星座组成本星系群“大三驾马车”,在这“大三驾马车”中拥有约35个星系。顺便指出的是,在仙女星座不远处可以找到M33星系。

9778818威尼斯官网:黑洞碰撞重塑物理,哈勃望远镜开采超大恒星群。该研究合作者赛义达·卡巴列罗-涅韦斯解释说,有迹象表明这些庞然大物可能是由双星系统中质量稍小的恒星合并而成的。但从已经了解到的超大质量恒星的合并频率来看,这个理论无法解释星团R136中出现的所有的超大质量恒星,因此这些恒星似乎有自己的起源过程。为了找到这一问题的答案,该研究团队将继续分析收集到的数据集。

直接坍塌理论假设超大质量黑洞在非常短的时间内形成,然后在短时间内快速成长,最后由于宇宙中其他黑洞和恒星所产生的辐射而停止扩大。

不过,此次事件还标志着期待已久的引力波天文学时代的开启。对该信号的详细分析,已收获了关于合并黑洞性质以及它们如何形成的深入见解。随着更多此类事件的出现(LIGO团队正分析在探测器4个月的运行中捕捉到的若干其他候选事件),研究人员将能分类并理解黑洞的起源,就像他们正在对恒星所开展的工作那样。

M33星系移动速度很慢,马克.里德等人用美国的"很长基线天文望远镜系列"经过2年多的观测,发现它的运动速度很慢,在一年之内才转动了千分之八度,这一速度等于在火星表面爬行的蜗牛的速度的1/100.

在过去的十几年里,人类发现了许多数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞,当前流行的恒星残骸坍塌理论无法解释此现象。而最新的“直接坍塌”理论可解决这一问题。

更多此类事件应当会出现。自去年9月起,升级版LIGO被安排和其欧洲“同行”——由法国和意大利主导的升级版Virgo设施共同观测。升级版Virgo位于意大利比萨附近,其不仅将为此类事件贡献关键细节,还会帮助天文学家比此前更加精确地测量宇宙学距离。

M33星系在大小上(其横截面为50光年左右)比我们银河约小2倍,在亮度上也比我们的银河暗淡。但是M33星系充满活力,观察它十分方便,因为M33星系恰好

计算机仿真计算

通过利用计算机模拟重现此次事件,科学家计算得出,两个黑洞分别是太阳质量的约36倍和29倍,并且合并后的黑洞是太阳质量的约62倍。失去的差值是太阳质量的3倍左右,以引力辐射的形式散开。其中,大部分是在被物理学家称为“衰荡”的阶段消散的。此时,合并的黑洞变成球形。该团队还推测,最终的黑洞可能以每秒100转的速度旋转,尽管这一估测的误差幅度很大。

将自己的平面转向地球方向。在M33星系内部可以看到超新星爆发后形成的尘埃团,以及从巨大恒星发出的恒星风和新的年轻恒星的形成。

揭示外海王星天体成因

推测出的两个黑洞的质量也正在揭示一些事情。根据推断,每个黑洞都是一颗大质量恒星的残留物,其中较大恒星的质量接近太阳质量的100倍,而另一颗要小一点。研究发现,和较轻的恒星相比,热核反应能将此类恒星核心处的氢以快很多的速度转化成氦,而这导致它们仅在“出生”的几百万年后,便在自身的压力下崩塌。这种崩溃释放的能量引发了被称为Ⅱ型超新星的爆发,并且留下一个变成中子星的残留核心。如果它的质量足够大,则会变成黑洞。

总之,M33星系是宇宙的一个缩影。

近日,东京工业大学地球生命科学研究所的研究团队,利用复杂的计算机模拟,揭示了所谓的外海王星天体的形成原因。研究团队进行了400多次大型撞击模拟和潮汐演化计算发现,根据大型TNO卫星系统的大小和轨道,TNO最可能由熔融的前身星撞击形成。

科学家认为,Ⅱ型超新星不应当产生比太阳质量大30倍左右的黑洞,而上述两个黑洞均处于这一区间的高端。这意味着,该系统形成于比通常在银河系发现的气体云更加富含氢和氦但相对缺乏重元素的星际气体云中。

M33距离银河系约295万光年,同时距离仙女星系75万光年,组成一个大三角。

TNO是一组比行星小,但比在海王星之外绕太阳系运行的彗星大的天体,了解它们的起源可以为整个太阳系的起源提供重要线索。与地球等行星一样,TNO通常有自己的卫星。

荷兰内梅亨大学天文学家、升级版Virgo协作组成员Gijs Nelemans介绍说,根据天体物理学家的估算,形成于此类低金属度气体云的恒星应当在爆发时更容易形成大质量黑洞。这是因为在超新星爆发期间,较小的原子被爆发吹走的可能性更小。因此,低金属度恒星“失去更少的质量,更多质量则进入到黑洞中”。

是本星系群的重要成员,约有恒星400亿颗,310亿倍的太阳质量。

两星团将“接吻”

不过,这两个黑洞是如何在二元体系中终结的?在报告此项发现的论文发表的同时,LIGO和Virgo团队在另一篇文章中描述了两种普遍认可的场景。

9778818威尼斯官网:黑洞碰撞重塑物理,哈勃望远镜开采超大恒星群。最新发现,M33中心黑洞质量只有3000个太阳质量。

有助探索宇宙形成过程

最简单的场景是,两颗质量巨大的恒星以双星系统的形式诞生,并由像双黄蛋一样的相同星际气体云形成,且自此相互围绕运行。在几百万年后,其中一颗恒星将会燃尽并且变成超新星,另一颗也很快紧随其后。结果便是一个双星黑洞。

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天文学家们首次发现了两个即将相撞的巨型星系团,这对于人们探索宇宙形成过程具有重要意义。该研究成果近日发表在《自然·天文学》杂志上。

第二种场景是两颗恒星独自形成,但内部仍是拥有相同密度的星团——可能类似于围绕银河系运行的球状星团。在这样一个星团中,大质量恒星会向中心沉降,并且通过和较轻的恒星产生复杂的互动形成双星系统,而这可能是在它们转变成黑洞的很久之后发生的。

M20只有用最好的望远镜才能看到它,它看上去非常美丽动人。这里展示的这幅照片是“哈勃”太空望远镜拍摄的,从照片上可以看到,该星云是一个被中心巨大恒星照亮的气尘团,它的质量超过我们太阳质量几倍。中心这颗恒星躲在尘雾后面看不见,但是它发出的强烈紫外线辐射使气体电离和尘埃加热,总之使被照亮的气尘团显得美丽动人。

星系团由数百个星系组成,而每个星系都包含数千亿颗恒星。自从宇宙大爆炸以来,这些星团通过碰撞和合并不断“长大”。由于它们体积庞大,碰撞可能需要大约10亿年才能完成,最后合并成一个更大的星团。

由莱顿大学天体物理学家Simon Portegies Zwart运行的模拟表明,大质量恒星更有可能在碰撞和合并更加常见的致密星团中形成。他还发现,一旦双星黑洞系统形成,星系团中心复杂的动力学机制可能会以很高的速度将两颗恒星踢走。升级版LIGO探测到的双星或许在合并前已有几十亿年的时间远离任何星系。

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研究人员曾利用计算机模拟星团的碰撞过程——在最初的瞬间,两星系团之间产生激波,垂直于合并轴向外传播。本次发现则可以测试现有的模拟模型。“这些星系团给出这种合并冲击的首个明确证据。”文章第一作者、日本理研所及荷兰太空研究所研究人员顾立义表示,这次冲击在星系团之间形成了一个温度高达一亿摄氏度的热带区域,预计这一区域将会延伸到甚至超过巨型星系团的边界。

尽管探测到更多此类事件将帮助LIGO开展很多科学研究,但它的干涉仪具有内在的局限性,因此同目前正在上线的类似探测器构成的全球性网络共同努力变得很有必要。

这是“恒星最多、最致密的银河星团之一”,初步估计M11中包含了2900颗恒星,其中亮于14等的约有500颗。位于M11中心的观测者将会看到几百颗1等的恒星!恒星如果之多,如此之密,因此它被Trumple日归类为II,2,r型(一些最新的数据将其归类为I,2,r型)。

天文学家计划收集更多的“快照”,最终建立一个描述星团合并演化的连续模型。

首先,对于科学家来说,LIGO的两台干涉仪并不足以精确地判定引力波来自何处。研究人员能通过比较信号到达每台探测器的时间获得一些信息:这种差别使其得以计算引力波相对于在两者间所划假想线的方向。不过,对于记录了6.9毫秒时间差的此次事件来说,科学家的计算仅将范围限制在一大片南方天空。

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如果Virgo上线运行,科学家便能通过比较引力波到达3个地方的时间,极大地缩小方向范围。在第四台干涉仪的帮助下,他们的精确度将会进一步提高。目前,日本正在建造一台被称为KAGRA的地下干涉仪,而印度也在规划自己的LIGO。

天文学家观测到2.8亿光年外四个星系碰撞的奇特天象。...

反过来,知道事件发生的方向将会消除在确定其到地球的距离时存在的最大不确定性之一。Virgo发言人、罗马智慧大学物理学家Fulvio Ricci介绍说,从精确垂直于探测器的方向趋近的引力波将会在它们的实际振幅上被记录下来。然而,根据一个熟知的公式,来自天空中其他方向的引力波将以一定的角度撞击探测器,并且产生某种程度上相对较弱的信号。这其中甚至会有一些盲点,导致既定的探测器根本无法发现引力波来源。

在上面这张4星系碰撞的图片中央,一个明亮的螺旋星系正以大约每小时200万英里的速度撞向、穿过星系碰撞叠加的区域。这导致了扭曲的X光射线出现,在画面中央以蓝色显示。这个快速移动的星系,以及星系碰撞产生的X光射线被美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜捕捉到。其余三个黄色星系是被设在夏威夷的加拿大-法国-夏威夷联合望远镜观测到的。

因此,判定方向将揭示引力波的确切振幅。通过将这一数据和源头处引力波的振幅进行比较,以及通过知晓振幅如何随着距离缩减(可从爱因斯坦的理论得出),研究人员便能以更高的精度计算出源头的距离。

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这样的情形几乎是史无前例的:按照惯例,天文距离需要通过研究处于太阳系到遥远星系范围内的已知天体的亮度计算得出。然而,中间的天体会让这些测得的“标准烛光”的亮度变暗淡。引力波则摆脱了这种限制。

而画面左下方的蓝色星系其实是位于前景位置,大约距地球4000万光年,并没有卷入这次“太空撞车”事件。

《中国科学报》 (2016-04-20 第3版 国际)

一个距离地球大约2.9亿光年的星系里,有一个中等质量的黑洞,这个黑洞的质量至少是太阳的500倍。

这些星形庞然大物的质量大约是太阳的数百万倍到几十亿倍。但是它们的起源至今仍是个谜。

这个放射源发出的X射线比太阳的放射物的亮度高2.6亿倍。

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在Arches恒星团中包含有大约3万个类似于太阳的恒星,而且该恒星团的密度在银河系所有已知同类天体构造中是最大的。据测算,Arches的直径约为三光年,其内部天体密度超过太阳系约一百万倍。

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人马座A星

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M104星系

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星群图,这些星群里包含延伸大约100000光年的恒星、气体和尘埃“宇宙喷泉”。

物质流位于Arp 194的南面,Arp 194的周围被尘埃包围。两个相撞在一起的星系的核子看起来像猫头鹰的两只眼睛。在图片左上角可以看到合并过程中的两个核子。奇异的蓝物质桥从Arp 194的北面延伸出来,它看起来好像把三个星系连接在了一起,但事实上这个星系位于另外两个星系的后面,根本没有物质桥把它们连接在一起。

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距离我们5亿光年远的万花筒星系

据报道,四个不同的天文望远镜日前共同拍摄到了一个非常壮观的车轮状万花筒星系。它的直径为10万多光年,距离地球5亿光年。它与众不同的外型是由几百万年前此星系和图片左下方一个小型星系发生灾难性碰撞造成的。当此小型星系"陷落"在此万花筒星系中时,此小型星系在此万花筒星系的气体中产生压缩波,从而触发恒星爆发性诞生,并照亮了此星系的边缘。在此图中,每一个天文望远镜添加一种色彩,最终形成这幅如此绚丽的合成图像。其中,星系演化探测器添加的是淡蓝色;哈勃望远镜添加的是绿色;斯皮策太空望远镜添加的是红色;钱德拉X射线望远镜添加的是紫色。

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天文学家日前使用“光回声”(light echo)成功地捕捉到400年前太空中一次超新星大爆炸的情形。

这颗耀眼的“新星”于1572年11月出现在天空,当时这颗星星非常明亮,以至在白天都能清楚地看到。

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75亿光年外死亡恒星

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