一个由古老的爆炸恒星组成的“银河地下世界”潜伏在银河系表面之下

银河系的死星都藏在哪里? 新的研究绘制了地图。

银河系中心的斯皮策太空望远镜图像,古老的黑洞和死星居住在那里。 (图片来源:NASA/JPL-Caltech)
银河系中心的斯皮策太空望远镜图像,古老的黑洞和死星居住在那里。 (图片来源:NASA/JPL-Caltech)

在银河系大约 136 亿年的历史中,数十亿颗恒星已经形成、成长并最终在壮观的超新星爆炸中死亡。那么,他们的尸体都藏在哪里呢?

在 8 月 25 日发表在《皇家天文学会月报》上的一项新研究中,天文学家着手挖掘那些失传已久的星体(可以这么说)。使用计算机模拟,该团队模拟了早期银河系中数百万颗恒星的初始位置(早在其标志性的旋臂发展之前),然后按下宇宙快进按钮以显示这些恒星的干瘪残骸可能在哪里结束去超新星后起来。

由此产生的地图揭示了一个由黑洞和中子星(两种形式的极其密集的恒星残余物)组成的“银河地下世界”,它潜伏在银河系的每个角落——而且也远在银河系之外。据研究人员称,银河地下世界的长度是银河系本身高度的三倍多,而银河系中多达三分之一的死亡恒星已被它们自己的生命终结爆炸的力量抛入太空深处,永远不会回来。

“超新星爆炸是不对称的,残留物以高速喷射——高达每小时数百万公里,”主要研究作者、悉尼大学博士生大卫斯威尼在一份声明中说。 “惊人的 30% 的物体已经完全从银河系中弹出。”

可见银河系(上)的图像与“银河黑社会”(下)的模拟位置重叠(图片来源:悉尼大学)
可见银河系(上)的图像与“银河黑社会”(下)的模拟位置重叠(图片来源:悉尼大学)

快的和死的

在他们的研究中,该团队专注于两种类型的恒星残骸:中子星——超密集的恒星核心,将一个太阳的质量打包成一个不比城市宽的球——和黑洞,它们是巨大的物体,密度如此之大,甚至连光可以逃脱它们的引力。

当大质量恒星耗​​尽燃料时,这两种类型的物体都会形成,当它们的核心向内坍塌时,它们的外层气体会在巨大的超新星爆炸中脱落。如果垂死的恒星的质量至少是地球太阳的八倍,那么中子星就会诞生;如果这颗恒星的质量超过 25 个太阳质量,就会出现一个黑洞。

天文学家已经在我们的银河系中发现了两类恒星残骸,尽管还不足以解释银河系过去数十亿颗死亡恒星。寻找这些古老遗迹非常棘手,主要有两个原因:第一,银河系在过去 130 亿年中发生了显着的形状变化,这意味着银河地下世界与我们银河系中当前的恒星分布并没有整齐地重叠;第二,死于超新星的恒星可能会被爆炸的力量朝随机方向“踢”很远,最终落到银河系的边缘或消失在星际空间中。

显示“银河黑社会”中黑洞和中子星分布的模拟(图片来源:悉尼大学)
显示“银河黑社会”中黑洞和中子星分布的模拟(图片来源:悉尼大学)
一张显示可见银河系中恒星分布的地图。 星系的旋臂在自上而下的图像中清晰可见。 (图片来源:悉尼大学)
一张显示可见银河系中恒星分布的地图。 星系的旋臂在自上而下的图像中清晰可见。 (图片来源:悉尼大学)

该研究的作者建立了一个计算机模拟来解释这种随机性,以及银河系不断变化的形状和许多其他因素。他们的研究结果表明,在星系中心附近可以发现最集中的恒星残骸,那里有一个超大质量黑洞施加了极其强大的拉力。其余的死星散布在银河系的四面八方,明显无视今天可见的螺旋形分布。

“这些致密的死星残骸显示出与可见星系根本不同的分布和结构,”斯威尼补充道。

研究小组还发现,虽然银河地下世界仅包含银河系总质量的大约 1%,但远古恒星尸体从未远离。最近的恒星残骸应该离太阳只有大约 65 光年——或者比北斗七星的恒星更接近我们。希望通过更好地了解在哪里寻找它们,像欧洲航天局正在进行的盖亚任务这样的太空调查应该能够帮助挖掘出比以往更多的银河系古代死者。

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