近日,國家天文臺發布郭守敬望遠鏡（LAMOST）一期巡天成果。作為我國自主創新研制的一架主動反射施密特天文望遠鏡,LAMOST大顯神通,在近千萬光譜中大海撈針發現了五顆超高速星,而目前世界上已證認的超高速星僅有幾十顆。
超高速星是迄今為止人類在銀河系中發現的速度最快的一類恒星,其速度可達1000公里/秒,遠超其他恒星。如此“超速”足以讓它們擺脫銀河系的引力束縛,飛向更廣袤的宇宙。
超高速星為何如此“超速”？“黑洞潮汐場瓦解雙星模型和超新星爆炸模型是目前主流的超高速星形成機制的理論模型。”國家天文臺研究員劉超告訴科技日報記者,黑洞潮汐場瓦解雙星模型可以解釋起源于銀河系核心的超高速星的形成。
目前學者普遍認為,銀河系中心存在超大質量黑洞,對進入黑洞影響范圍內的星體產生引力潮汐作用。當環繞著共同質量中心運行的一對恒星靠近黑洞時,黑洞引力可俘獲其中一顆恒星,另外一顆恒星由于遵循角動量守恒而獲得超高速度,被黑洞“踢”出去。在黑洞潮汐場的影響下,雙星系統瓦解,超高速星誕生。
然而并非所有的超高速星都起源于銀河系中心,還有少量起源于銀盤位置,如2005年英國赫希團隊觀測到的超高速星US708,近期的研究指出其可能是超新星爆炸的結果。在超新星爆炸模型中,雙星系統其中一位成員走到了生命的盡頭,轉變成為超新星。在這顆超新星爆炸的時刻,距離它很近的伴星繞轉速度已經達到幾百公里每秒,接近了銀河系的逃逸速度。在同伴璀璨的生命絕唱中,這顆伴星如同高速旋轉的鏈球突然擺脫了鐵鏈的束縛,箭一般飛向星系之外的黑暗深空。
“除了以上兩種模型,天文學家還提出了多種模型,但是還有一些超高速星的形成無法解釋,人們仍需繼續探索。”劉超表示,無論現有的何種理論模型,支撐該模型的超高速星數量都很稀少。超高速星發生率低、數量少是其難觀測的原因之一。另外,超高速星運行速度越快,其出現在觀測儀器視野中的時間也就越短,人們對其捕捉的難度也越大。
“以目前現有的技術水平來看,探尋超高速星面臨諸多技術難點。”劉超表示,前幾顆超高速星的發現激發了天文學家在海量恒星光譜數據中搜尋的熱情,但是恒星在宇宙中的運動速度可分解成方向相互垂直的切向速度和徑向速度,光譜僅能測量恒星的徑向速度,即遠離銀心的速度,而切向速度則是單位時間內恒星掠過的角度與其距銀心距離的乘積。角速度易得,距離難測量,因此目前切向速度測量十分困難,恒星運動速度是否能達到逃逸速度更加難以確定。此外,由于望遠鏡口徑限制,只能探測到具有一定亮度的恒星。超高速星距離遠、亮度低,即使在望遠鏡視野范圍內,也有可能輕松躲避望遠鏡的“搜捕”。
“高超速星起源本身就是一件很有意思的事情,而有些從銀河中心飛出的超高速星更是一種媒介,讓人們推測出銀河中心發生過什么,其化學成分、軌道特征等也會帶來銀河系中心的信息。”劉超表示,這些超高速星能夠逃離銀河系,可想而知,星系之間的深空也許并非完全真空,很可能存在一些漂流的恒星,就像哥倫布的一葉扁舟,在兩個大陸間游蕩,人類也會永遠懷揣探索新大陸的求知欲去探索宇宙的奧秘。