天文学家刚刚绘制了笼罩我们星球的“气泡”

它实际上更像一个烟囱。
Amorphous blob bubble with purple bright clusters near the edges and a bright spot in the middle as a 3D rendering
一幅描绘“本星系团泡泡”的艺术插图,泡泡表面正在形成恒星。Leah Hustak (STScI)

我们中的许多人可能觉得自己生活在一个泡泡里,但地球实际上就居住在一个泡泡里。

研究人员今日在《自然》杂志上发表的研究报告称,来自天体物理学中心和太空望远镜科学研究所的研究人员创建了一个三维地图,该地图重建了“本星系团泡泡”的演化历史。“本星系团泡泡”是一个直径 1000 光年的冷气体和尘埃空腔,负责形成包括太阳在内的所有附近年轻恒星。

这项研究揭示,地球以及距离地球 500 光年内的所有恒星和恒星形成区都位于这个泡泡的表面。太空望远镜科学研究所的天文学家、该研究的首席作者 Catherine Zucker 认为,这是一个很好的见解。了解地球是如何进入本星系团泡泡内部的,可能是进一步理解我们星系的又一个决定性步骤。

Zucker 说:“基本上,我们对周围表面上发生的所有恒星形成都有第一排的座位。” 但尽管天文学家几十年来一直知道本星系团泡泡的存在,这一发现并非多年努力的成果。事实上,它是一个意外。

她说:“实际上,最初我们只是想绘制出我们银河系邻近区域所有主要地标的地图。” 但原本是对 银河系旋臂 的一次典型探索,在团队注意到恒星似乎聚集在泡泡表面附近后,却变成了惊人的发现。

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通过使用一个名为 Glue 的软件程序和盖亚空间望远镜的数据,来绘制这些恒星的确切位置图,Zucker 的团队能够确定该泡泡起源于大约 1400 万年前的一系列超新星爆炸。这些宇宙泡泡是由爆炸将星际气体向外推而形成的,形成了膨胀的壳层,然后这些壳层破碎并坍缩成附近的分子云。

Zucker 说:“想象一下,银河系的形状就像一个非常薄的煎饼。” 当超新星在盘面中心爆发时,爆炸产生的泡泡会在“煎饼”表面戳出洞,并影响其结构。多个泡泡可以相互接触甚至碰撞。

正是这种反应解释了为什么该团队的研究结果还断言,本星系团泡泡的结构实际上并非泡泡状,而是类似于一个“星系烟囱”。

Zucker 说:“我们不得不使用来自许多不同来源的数据,但最关键的组成部分是盖亚。” 盖亚望远镜由欧洲航天局于 2013 年发射,该望远镜在其绘制 银河系最大、最精确的地图 的任务中,对大约 10 亿颗恒星进行了观测,这不到银河系恒星总数(约 1000 亿颗)的 1%。

没有盖亚的高质量测量数据,研究宇宙中恒星形成的细微之处将是一项几乎不可能完成的任务。作为参考,一旦所有数据集收集完毕,该团队大约在三个小时内就创建了一个本星系团泡泡的工作三维模型。“如果你知道这些年轻恒星的三维位置和三维运动,你就可以真正地让时光倒流和前进,”Zucker 说。

通过重构这些恒星形成区域的历史,天文学家能够了解这些区域是如何随着时间演化的。这些知识将有助于理解垂死恒星在创造新恒星方面所起的作用,以及这对整个星系意味着什么。

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罗切斯特大学物理学和天文学教授 Adam Frank,他研究恒星的诞生和死亡,表示本星系团泡泡是一个“美丽的例子”,说明了相比于其他形成模式,超新星爆炸触发的恒星形成(由超新星爆发产生的恒星)发生的频率有多高。

尽管我们的行星直到大约 500 万年前才居住在本星系团泡泡中,但 Frank 说 Zucker 的研究让他思考地球上的生命是否受到了附近超新星爆炸的影响。

Frank 说:“关于超新星和 超新星 有趣的一点是,它们有可能使它们的局部环境被消毒。如果距离足够近,你可能会失去你拥有的所有生命,或者至少受到影响。” 幸运的是,我们知道地球早期的原始汤确实幸存了下来,但对于我们银河系中的一些恒星来说,死亡并非终结——而是重生。

Frank 说:“恒星的生命周期对于理解我们最关心的一些事物至关重要。” 他说,正是通过它们释放和再形成的重元素的循环,地球才得以支持生命。

Frank 说:“我们将不复存在。没有硅、铁、镁、钙以及所有这些在恒星内部诞生的元素,生命就不可能存在。”

更正(2022 年 1 月 13 日): 本文早期版本错误地将盖亚空间望远镜观测到的银河系恒星数量表述为 1000 亿颗。实际数量约为该星系 1000 亿颗恒星的 1%,即约 10 亿颗。

 

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Tatyana Woodall

科学特约撰稿人

Tatyana Woodall是Popular Science的常驻撰稿人。她居住在俄亥俄州,对科学技术如何在日常生活中交织在一起非常感兴趣。


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