飛離太陽系
發(fā)布時間:2018-07-02 來源: 散文精選 點擊:
通過研究星際介質(zhì)中的物質(zhì),科學家希望能更多了解——
恒星及星系形成
太空之所以被稱為“太空”,其實有一定的道理。恒星之間的區(qū)域真的很空——比地球上能創(chuàng)制的任何真空中的物質(zhì)密度都還低得多?茖W家把這種區(qū)域稱為星際介質(zhì)。雖然星際介質(zhì)密度很低,但它被認為占到了銀河系可見質(zhì)量的至少1096。恒星嵌在星際介質(zhì)中,但并未與星際介質(zhì)脫離開,而且誕生于星際介質(zhì)內(nèi)部。從這個意義上說,星際介質(zhì)就像一個生態(tài)系統(tǒng)。
通過記錄與恒星形成有關的獨特紫外光輻射(被稱為萊曼阿爾法輻射),“旅行者號”就能夠探索恒星誕生。迄今為止科學家一直未能在銀河系中觀測到這種輻射,原因是太陽輻射把它們遮蔽了。既然“旅行者號”已來到日光層的邊緣,太陽風的影響在這里被星際介質(zhì)阻擋,那么“旅行者號”就應該能探測到萊曼阿爾法輻射,從而有助于科學家繪制銀河系中此前未被觀測過的恒星形成區(qū)域圖。
在自己的一生中,恒星通過核聚變過程,把輕元素轉(zhuǎn)化為重元素。然后,隨著恒星死亡,它們把這些重元素發(fā)回到星際介質(zhì)中。這一物質(zhì)交換最終決定著星系用盡自己的氣體供給的快慢。通過探索這一永恒的回饋機制,科學家就能對恒星演化有更多了解。大質(zhì)量恒星的死亡為星系輸入大量元素,例如碳、氧和鐵。隨著時間推移,這會改變這些元素的豐富程度。隨著這樣的輸入持續(xù),恒星發(fā)射富碳分子和塵埃顆粒的比例會下降?紤]到人類是碳基生命形式,這個比例的下降也就意味著適合像人類這樣的生命的材料逐步減少。
“旅行者2號”已經(jīng)在對超新星的研究中建功。所謂超新星,就是恒星在到達生命末期時的爆發(fā)。當位于蜘蛛星云、距離地球大約16.3萬光年的SN1987A超新星在1987年爆發(fā)時,“旅行者2號”立即調(diào)轉(zhuǎn)鏡頭對它進行了較近距離觀測。從那以后,進一步觀測證明該區(qū)域持續(xù)演化。不僅恒星拋射出的材料膨脹后又冷卻,塵埃和分子質(zhì)量也非常顯著地增長。換句話說,這就觀測到了死亡恒星為星系輸入物質(zhì)的過程。
通過研究恒星怎樣從星際介質(zhì)中形成,科學家就能了解太陽和太陽系相比于宇宙中其他恒星系統(tǒng)來說是否常見?茖W家發(fā)現(xiàn),太陽系在宇宙中實際上很不尋常。這就暗示,外星生命(至少是像地球生命這樣的生命)并非如科學家之前想象的可能那么常見。不僅如此,科學家有關大質(zhì)量恒星與非大質(zhì)量恒星之間的平衡的觀點也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。
最近一系列觀測表明,星際介質(zhì)中低質(zhì)量天體的數(shù)量很多。銀河系中不僅有好幾千億顆恒星,而且有數(shù)量幾乎一樣多的褐矮星(比行星大、但比恒星小的一類天體)和行星質(zhì)量天體。
隨著兩艘“旅行者號”迅速接近生命終點,科學家也把目光轉(zhuǎn)向新的“阿塔卡馬大型毫米天線陣”(位于智利極干燥沙漠中、由66部射電拋物面天線組成)。有了這個天線陣,科學家得以首次觀測星際介質(zhì)的細節(jié)。
它是宇宙中最令人難以捉摸的現(xiàn)象。飛到太陽系以外,我們能了解到它的什么情況?它就是——
暗物質(zhì)
看起來,恒星之間存在的物質(zhì)并不僅僅是氣體和塵埃。要想解釋將迅速旋轉(zhuǎn)的銀河系把持住所需的引力,如果只有可見物質(zhì)的話是根本不夠的。因此,應該有一些看不見的物質(zhì)——暗物質(zhì)潛伏在我們周圍,包括星際空間。
科學家原本以為,暗物質(zhì)可能只是普通物質(zhì),但因為它們太暗,所以我們看不見。這樣的普通物質(zhì)包括褐矮星、迷走行星和太陽質(zhì)量的黑洞。這些天體被統(tǒng)稱為馬肖(MACH0s,暈族大質(zhì)量致密天體的英文簡稱)。然而,通過其他手段應該探測得到馬肖,但實際上科學家發(fā)現(xiàn)的馬肖數(shù)量是不夠的。
現(xiàn)在,更領先的觀點是暗物質(zhì)由溫普(WDMP),弱相互作用大質(zhì)量粒子的英文縮寫)組成,而溫普這種新物質(zhì)形式并不符合粒子物理學的標準模式。迄今為止,不要說捕獲一個溫普,就連證明它們的存在都根本不可能。有一些科學家認為,研究星際介質(zhì)對此可能有幫助。銀河系充滿宇宙射線(由超新星爆發(fā)之類的災變事件產(chǎn)生的高能粒子)。當宇宙射線轟擊星際塵埃和氣體時,會產(chǎn)生大量伽瑪射線。但銀河系中的伽瑪射線比科學家預計的要多得多,尤其是在銀河系中心附近。觀察這里的光譜,會發(fā)現(xiàn)它與溫普的湮滅結(jié)果吻合。湮滅是指兩個溫普碰撞而產(chǎn)生伽瑪射線。當然,有關溫普的猜想是否正確,有賴于對星際介質(zhì)的很好的了解。
不幸的是,“旅行者號”的發(fā)射是在溫普假說被提出之前。不過,至少從理論上說,“旅行者號”可能探測得到溫普湮滅所產(chǎn)生的粒子。有些關于暗物質(zhì)的理論還涉及所謂的“暗光子”的存在。直到2008年才提出的暗光子假說認為,暗光子攜帶暗物質(zhì)力,這與普通物質(zhì)攜帶電磁力很像。
2015年,法國一個科學團隊運用“旅行者號”的探測數(shù)據(jù),尋找星際介質(zhì)中暗光子的磁指針。雖然沒有找到,但他們?yōu)榘倒庾犹匦栽O置了一些限制因素,因此把網(wǎng)收窄了。2016年,一個國際科學團隊觀察了暗物質(zhì)的超致密微暈對星系的效應。所謂超致密微暈,是指密度極大的暗物質(zhì)團塊。這些科學家算出,哪怕一個星系中的暗物質(zhì)中只有1%是以超致密微暈的形式存在,來自暗物質(zhì)湮滅的熱量也足以把我們周圍星際介質(zhì)中的氣體全部拋射出去。這會阻止在微暈周圍大約3200光年范圍內(nèi)形成恒星。因此,觀測星際介質(zhì)中這樣的空隙,能成為更多了解有關暗物質(zhì)分布的另一種方法。
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