新闻速递

□ 谢 天

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位于尘埃带之间行星的艺术概念图。版权：NASA/JPLCaltech。

由尘埃来寻找行星

根据美国宇航局斯皮策空间望远镜和欧洲空间局赫歇尔空间天文台的红外观测数据，天文学家发现行星系统HD 95086为一个尘埃晕所包裹。HD 95086位于船底座，距离地球约295光年。它包含有两条尘埃带，都位于新发现的尘埃晕之内。其中一条尘埃带距离宿主恒星较近，温度也稍高，类似太阳系中的小行星带。另一条尘埃带则距离较远，温度则稍低，类似太阳系的柯伊伯带。

在太阳系中，木星、土星、天王星和海王星位于两条尘埃带之间。HD 95086的情况也类似，但尺度更大。在其外侧的尘埃带中已发现了一颗质量5倍于木星的行星。可能在这两条尘埃带中还存在着其他仍未被发现的行星。

“斯皮策”和“赫歇尔”的这些观测为地面望远镜通过直接成像来搜寻太阳系外行星指明了方向。事实上HD 95086中已知的行星就是由此发现的。虽然因为行星距离太远且十分暗弱，所获得的图像分辨率并不高，但它们却可以为行星系统的整体架构提供新的信息。

通过了解尘埃带的位置以及系统中已知行星的属性，使用计算机模拟，天文学家可以推断出那里还会存在什么类型的行星。结果显示，HD 95086中应该还会存在多颗质量稍小的行星，而非一颗巨行星。

遥远原星系团中的星系并合

使用阿塔卡玛毫米波大天线阵，天文学家在早期宇宙中获得了迄今最佳的等级式并合过程的观测证据。在此项研究中被观测的是一个年轻的原星系团，位于125亿光年之外。其中包含一个星暴星系，被称为AzTEC-3，它产星的速度是银河系的近1000倍。

根据星系演化的等级式模型，在早期宇宙中，借由吞食和并合其他幼年星系所获取的大量物质，星暴星系会以极高的速度形成新的恒星。这一并合过程会持续几十亿年的时间，最终形成今天我们所看到的大型星系和星系团。虽然支持关于这一模型的观测证据在不断地增加，但此次最新的观测数据则清晰地显示了，在宇宙年龄只有今天的8%时，这一过程中最初的关键步骤。

AzTEC-3位于六分仪座，是一个亚毫米波星系。也就是说，它所发出的辐射主要集中在亚毫米波波段，而在可见光和红外波段上则要暗得多。该星系产星环境中的尘埃会吸收星光，之后会以远红外辐射的形式再发射出来。随着这些远红外辐射在宇宙中传播，它们会被宇宙的膨胀拉长，在抵达地球时则变成了毫米波或者亚毫米波。

凭借阿塔卡玛毫米波大天线阵的高灵敏度和高分辨率，在AzTEC-3近旁还发现了3个较小的星系。它们也正在产星，但速率要低得多。

阿塔卡玛毫米波大天线阵所观测原星系团的艺术概念图。版权：B. Saxton/NRAO/AUI/NSF。

哈勃空间望远镜所观测的天炉矮星系中的4个球状星团。版权：NASA/ESA/S. Larsen (Radboud University)。

矮星系球状星团亦有两星族

球状星团是由大量恒星所构成的球形集合，也是宇宙最大的谜题之一。曾经认为它们由同时形成的单一星族构成，但在银河系的球状星团中却发现了至少两个星族的恒星，表明它们有着复杂的形成历史。 在这些星族中，有半数的恒星属于一个星族，它们率先形成。另一半的恒星则属于另一个星族，是第二代恒星，受到了第一代恒星所产生化学元素的污染。它们的氮含量是第一代恒星的50～100倍。

在银河系球状星团中，这些受污染恒星的比例远高于预期，表明有大量第一代恒星已不知所终。主流的解释是这些星团曾包含多得多的恒星，但在过去的某个时候大量的第一代恒星被抛射出了星团。这可以解释银河系中的球状星团，因为被抛射出的恒星可以进入巨大的银河系晕。然而，使用哈勃空间望远镜对近邻的天炉矮椭圆星系中4个球状星团的观测却对该理论提出了质疑。

结果显示，这4个球状星团都含有半数受污染的第二代恒星，其氮含量与银河系球状星团的相当。这不仅说明它们彼此的形成方式相似，而且还表明它们的形成过程与银河系球状星团类似。由此推断，在大量第一代恒星被抛射出去之前，这些球状星团原本的质量应该是目前的10倍。但在天炉矮椭圆星系中却并没有足量的年老恒星来解释被驱逐出球状星团的第一代恒星。

类星体自转轴和大尺度结构指向相一致的艺术概念图。蓝色为大尺度结构，白色直线为类星体自转轴。版权：ESO/M. Kornmesser。

使用欧洲南方天文台的甚大望远镜，天文学家发现了宇宙中迄今最大的结构排列现象。这具体表现为，在数十亿光年的尺度上，一些类星体中央超大质量黑洞的自转轴相互平行。此外，这些类星体自转轴的指向还与它们所处宇宙之网的巨大结构相一致。

类星体是星系核心处极其活跃的超大质量黑洞。在这些黑洞的周围有由超高温物质所构成的吸积盘。沿着这些盘的自转轴，常常会射出非常长的喷流。类星体的亮度可以超过其宿主星系中所有恒星的总和。

在此项研究中，天文学家研究了跨越数十亿光年巨大尺度上的93个类星体，其中最遥远的位于宇宙年龄仅为目前值的三分之一处。这些类星体的自转轴和喷流无法被直接探测到，为此天文学家测量了它们所发出辐射的偏振。综合偏振的方向和其他信息，可以推算出吸积盘的倾角，并由此得到类星体自转轴的指向。

令人吃惊的是，尽管这些类星体相距如此遥远，但其中一些的自转轴却是相互平行的。此外，这一新的观测结果还显示，类星体的自转轴还平行于它们自身所处的大尺度结构。因此，如果类星体位于长细丝状的结构中时，其中央黑洞自转轴也会指向与前者相同的方向。据估计，由于人为选择效应导致出现这一排列的概率不足1%。

米级小行星撞击频次图

直径约1米的小型小行星在不断地撞入地球大气层并瓦解。新的数据显示其差不多每两周就会发生1次，撞击事件发生的地点则呈随机分布。这些数据涵盖了从1994年到2013年所探测到的直径超过1米的火流星事件和大致释放的能量。在过去的20年中共探测到了至少556次不同能量的火流星事件。如图所示，橙色点（白天事件）和蓝色点（夜晚事件）的大小正比于该事件在可见光波段所释放的能量。该能量和撞击的总能量之间有一个经验转换关系。

图中最小的点代表可见光能量为十亿焦耳，其撞击的总能量相当于5吨TNT炸药。在所有列出的事件中，撞击能量最大的是发生在2013年2月15日的车里雅宾斯克事件，能量在44～50万吨TNT的当量。撞击小行星的直径约为20米。

发生在1994年到2013年间的火流星事件。版权：Planetary Science。

地球大气在阻挡小型小行星上发挥了重要的作用。这些新的数据可以用来外推并估计可以造成地表破坏的小行星撞击概率。虽然新的数据显示小型小行星撞击地球的现象很常见，但对于未来撞击的风险仍不能掉以轻心。

美国的近地小天体观测计划已发现了96%以上的千米级小行星，数目达近千颗。该计划目前正在对直径超过140米的小行星进行普查，力图确定其中的90%以上，预期数量是千米级小行星的25倍。

低质量恒星近旁行星未必宜居

近距离围绕低质量恒星的行星是未来搜寻地外生命的主要目标，因为低质量恒星是宇宙中最常见的恒星。但一项新的研究却表明，由于形成期的高温，这些行星可能在很久以前就已失去了承载生命的机会。低质量恒星也被称为M型矮星，直径比太阳小，光度也要小得多，因此其周围的宜居带会非常靠近它。位于宜居带内的行星其表面可以有液态水存在，因此有可能会拥有生命。距离宿主恒星较近的行星也相对容易被探测到。

所有的恒星都形成于星际气体云的坍缩。由于质量小且引力弱，M型矮星的坍缩会需要更长的时间，达几亿年。但在其周围行星形成所需的时间只要1000万年，因此行星会经历其宿主恒星仍然极为明亮的阶段。这会破坏行星的宜居性，因为它们从一开始温度就会非常高，表面温度超过数千度。此时海洋会沸腾，大气层中会充满水蒸气。此外，M型矮星会发出大量的X射线和紫外线，这会加热行星的顶层大气，使得其中的气体逃逸。

通过计算机模拟，天文学家发现，对于一些靠近其低质量宿主恒星的行星而言，在它们仍处于形成过程中时，它所含有的水和大气就会被蒸发掉。因此，M型矮星宜居带中的许多行星在很久之前就已变得不再宜居。

M型矮星旁行星系统的艺术概念图。版权：NASA/JPL。

星暴的自发终止

使用美国宇航局的哈勃空间望远镜和钱德拉X射线天文台，天文学家发现年轻、大质量且致密的星系其剧烈的产星过程会很快终止。原因是大规模的恒星形成会吹散剩余气体，切断产星的原料供应。由此它们会变成仅含有年老恒星的红色星系。

大质量星系是如何从活跃的产星工厂转变成恒星坟场的，几十年来一直存在争议。之前的观测显示，在这些星系中的气体会以时速300万千米的速度被喷射出。这可能是由于其中央的超大质量黑洞所引起的气体外流，由此清除了可用于产星的物质储备。

对12个处于产星过程末期的并合星系的研究显示， 在宇宙年龄为目前的一半处，恒星自身就能够终止产星过程。这些样本最初从斯隆数字巡天中挑选出，然后“哈勃”对它们进行了观测，发现它们绝大多数都具有气体高速外流。这些星系的质量与银河系相当，但尺度要小得多。其中最小的直径仅650光年。为了识别出气体高速外流的机制，“钱德拉”对它们进行了观测，以确定这是否是由超大质量黑洞所驱动。结果显示，黑洞并非是这些外流的源头。相反，气体的外流是由大质量恒星的星风所驱动的。

绚丽多彩的中年星团

欧洲南方天文台的2.2米望远镜拍摄了这幅明亮星团NGC3532的绚丽图像。其中一些恒星闪耀着高温蓝色的光芒，但许多大质量恒星则已演化成了红巨星，散发出橙红色的光辉。NGC3532是一个疏散星团，包含有约400颗恒星。它位于船底座，距离地球约1,300光年。NGC3532有一个非正式的名称“许愿池星团”，因为它形似散落在水池中用于许愿的硬币。它有时又因呈椭圆形，而被称为“橄榄球星团”。

从南半球用肉眼就能很容易地看到这个明亮的星团。1752年，由法国天文学家尼古拉•路易•德拉卡耶率先发现，1755年被编纂入星表。它是全天最壮观的疏散星团之一。NGC3532所覆盖的天区是满月大小的2倍，里面富含双星。此外，在1990年5月20日，它也成为哈勃空间望远镜所观测的第一个目标。

这个星团的年龄约为3亿年。根据疏散星团的标准，属于中年。一开始质量居中的恒星目前仍在发出蓝白色的光芒，而初期的大质量恒星则已经耗尽了核心氢燃料演化成了红巨星。由此，在这个星团中富含有蓝色和橙色的恒星。在该星团诞生时质量最大的恒星则在很久之前就已发生超新星爆炸而死亡。在该星团的背景天空中能看到许多银河系中的恒星，此外还能看到发出红光的气体和尘埃带。

欧洲南方天文台2.2米望远镜拍摄的疏散星团NGC3532。版权：ESO/G. Beccari。

综合起来，这些星系的演化可分为：（1）星系碰撞使得气体注入核心区；（2）气体被挤压产生星暴，吹散剩余的产星物质；（3）星系平静下来，仅包含老年恒星。

星暴星系分3个阶段演化的示意图。版权：NASA/ESA/A. Feild (STScI)。

在近距星系NGC4151中央黑洞的周围有一个尘埃环，它是距离测量的关键。版权：NASA。

测量星系距离新方法

使用凯克天文台干涉仪，天文学家精确测量了近距星系NGC4151的距离。所采用的这一新方法类似于地球上的大地丈量，通过测量一个遥远天体的物理尺度和角尺度，进而可以计算出它到地球的距离，由此精确测定数千万光年远星系的距离。 NGC4151中央有一个超大质量黑洞。此前测得的距离在1300～9450万光年之间。但使用这一新的更精确的方法，计算出其超大质量黑洞的距离为6200万光年。

NGC4151具有一个环形结构，它在这项研究中起到了至关重要的作用。宇宙中所有的大型星系都在中心处拥有一个超大质量黑洞，这其中约有10%的会通过吞食周围的气体和尘埃而生长。在这个过程中物质会被加热到极高的温度，成为明亮的辐射源。

在超大质量黑洞周围形成的高温尘埃环会发出红外辐射，它可以用于测定距离。然而，它的角尺度太小，只有使用凯克干涉仪才能对其进行测量。为了确定它的物理尺度，天文学家测量了黑洞附近和距离黑洞较远处辐射的时延，将其乘以光速即可得到尘埃环到中央黑洞的距离。综合测量到的尘埃环物理尺度和角尺度，就能计算出该星系的距离，结果显示误差约为10%。

（责任编辑 张长喜）