天文学家是否知道宇宙中哪颗恒星最古老,哪颗恒星最年轻? 他们怎么知道?
在浩瀚太空中闪烁的无数星星中,有的年纪大了,已经经历了宇宙的曙光,有的还年轻,即使是地球上最强大的望远镜也无法观测到它们。但是有可能知道哪颗星最年轻,哪颗星最老吗?
我们宇宙中最年轻的恒星很难确定,因为恒星不断地诞生,但我们知道的恒星中有一些候选者。相比之下,几十年来,科学家们已经知道有记录以来最古老的恒星——恰当地绰号为玛土撒拉。
恒星诞生在被称为星云的巨大尘埃和气体云的深处。根据美国国家航空航天局的说法,星云中的一些气体团块被如此多的物质所压垮,以至于它们自身的重力迫使它们坍塌(因为更大的质量意味着更大的重力),并且在星云中心的强烈引力坍塌的云会导致气体(主要是氢气)吸积成原恒星。这些恒星胚胎开始将氢核融合成氦,并在此过程中发射辐射。一颗恒星在辐射能量之前不能被称为恒星,这就是它变得如此明亮的原因。一些微弱的星星只是刚刚在生命中闪耀。
加拿大维多利亚大学物理与天文学系助理教授、天文学家董若冰观察了这些新生恒星。他在《自然天文学》杂志上领导了一项 2022 年关于一个被认为只有大约一百万年历史的双原星系统的研究。董和他的同事们能够为这些恒星胚胎中的一些提供一个大致的年龄。他们经常发脾气,也就是所谓的吸积爆发。
“当恒星经历吸积爆发时,它们会变得更热、更亮,”董在一封电子邮件中说。 “它们周围的物质被加热了。原行星盘中的冰可能会蒸发,盘中的一些化学反应可能会因为物质被加热而被触发。”
由于年轻的恒星仍在吸积物质,因此它们会从两端喷出巨大的气体射流或气体外流。这意味着它们仍在增加质量。由于外流会随着年龄的增长而消退,因此释放的气体量有助于天文学家估计恒星的年龄。更多的气体意味着更年轻的恒星。
与此同时,对名为玛士撒拉的恒星 HD 140283 的年龄估计引发了争议。根据 NASA的说法,根据 2000 年观测结果的早期估计,它的年龄为 160 亿年。这会使它比宇宙更古老,宇宙大约有 138 亿年的历史。天文学家立即表示,这颗恒星的年龄计算方式存在错误。如果不是这样,这就增加了宇宙比以前认为的早亿万年出现的可能性。
为了追根溯源,天文学家在 2013 年利用哈勃太空望远镜重新确定了玛土撒拉的年龄,并根据其亮度和与地球的距离(约 190 光-年。这将使它只比宇宙稍早,尽管年龄估计存在误差。
“在恒星演化理论研究的帮助下,我们测量了距离以确定绝对光度,从而确定年龄,”太空望远镜科学研究所的名誉天文学家霍华德邦德说。马里兰州哈勃太空望远镜的运营中心,帮助与玛土撒拉约会。 “在测量和理论的不确定性范围内,我们发现了一个与宇宙年龄相容的年龄。”
邦德在一封电子邮件中说,玛土撒拉是一颗亚巨星,它比大多数恒星更亮,但仍不如巨星那么亮,巨星是如此之大,以至于它们的大小对于它们的温度和质量来说似乎是不正常的。次巨人也比巨人更红。恒星通过在其核心燃烧氢并通过核聚变将其转化为氦来释放能量。当大质量恒星开始耗尽其氢储备时,它们就会进入亚巨星阶段。在恒星生命的这个阶段,它的亮度或光度成为估计其年龄的极好方法。较暗的亚巨星年龄较大。
玛土撒拉是微红色的,数十亿年来一直在慢慢变暗,尽管它相对靠近地球意味着它对我们来说并不会显得太暗,并且可以用合适的双筒望远镜看到。相比之下,太阳几乎没有生活过。我们的恒星只有不到 50 亿年的历史,预计还能再活 50 亿年左右,届时它将冷却并膨胀到太阳系中,以至于它将吞噬包括地球在内的轨道行星。