同樣年齡的星團,外觀不見得也相同

作者 | 發布日期 2019 年 09 月 28 日 0:00 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


星團由數十到上百萬顆不等的恆星組成,恆星彼此間的重力交互作用會讓星團結構隨時間而改變,天文上稱為「動態演化」(dynamical evolution)。

動態演化結果使較重的恆星逐漸沉往星團中心,質量低的則向外移動甚至逃離星團。這樣的變動最後將導致星團核心區域隨時間逐漸縮緊,而相同實際年齡的星團會因動態演化的關係,使其外觀和形狀差異甚大。因此,來自哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)觀測大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud,LMC)中的星團大小隨時間的變化結果顯示:光按照實足年齡來呈現完整故事的研究方式,在星團演化領域的探索上並不適合;即便星團年齡相同,但最後都會因為動態老化的程度不同而使星團結構相異。

▲ 哈伯太空望遠鏡拍攝的球狀星團 NGC 1466。這個星團是大麥哲倫星系中「唯 5」曾測量過動態演化的星團,整個星團的總質量相當於 140,000 倍太陽質量,年齡約達 131 億年,幾乎與宇宙年齡相同。(Source:哈伯太空望遠鏡

LMC 離地球約 160,000 光年,是銀河系的衛星星系之一,擁有各種年齡層的星團,這和我們銀河系大都是老星團不一樣。LMC 裡的星團大小分布狀況與年齡有關,這個觀測結果讓天文學家感到疑惑,因為年輕星團全都很緊密,但最老的星團卻有的大、有的小。

包含 LMC 在內的所有已知星團中都發現有一個特別的「回春恆星」,也就是所謂的「藍脫序星」(blue straggler)。在某種特定環境下,恆星會收到多餘的「燃料」,使它們核融合反應更加劇烈而變亮。這通常發生在雙星之間,其中一個奪取另一個的物質,或是兩星碰撞合併的時候。

▲ 星團中藍脫序星的兩種形成過程示意圖。左為碰撞模式,在極擁擠環境中,兩顆低質量恆星因碰撞而合併成一顆大質量恆星;右為吸血鬼模式,一對恆星中,其中一顆子星的質量被另一顆掠奪走。(Source:哈伯太空望遠鏡

隨著動態演化老去,重恆星沉向星團中心,類似沉積過程,因此稱之為「中心分異」(central segregation)作用。藍脫序星很亮,使得它們很容易被觀察到,而且由於它們質量很大,會被中心分異作用影響,故可用以之估計星團動態年齡。

義大利波隆那大學(University of Bologna)Francesco Ferraro 等人透過哈伯太空望遠鏡觀察 LMC 裡 5 個大小不一的老星團中的藍脫序星,最後成功地按它們的動態年齡排序,以此證明星團結構不同是因為動態老化的程度不同所致,雖然出生時的年齡相同,但最後的整個星團物理型態並不相同。這項研究結果,開啟了一扇新窗,讓天文學家能更了解星團形成歷史。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為示意圖;來源:Unsplash