计算机模拟显示大爆炸后首批恒星可能并不孤独

2011-2-20 14:32 来源: 新浪
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计算机模拟:当围绕初生恒星(图片中央)的气体盘密度上升过快时,其气体盘中出现了第二颗恒星(图片左侧红色部分)

艺术想象图:大爆炸之后,宇宙中并非仅有巨大而孤独的恒星存在

  北京时间2月19日消息,科学家近期进行的一项计算机模拟显示,宇宙最早出现的星系可能并非如之前想象的那样是“孤独”的。

  研究人员称,在恒星初生时,包裹它们的巨大气体盘会碎裂,从而生成大量“恒星兄妹”。此发现发表于《科学》,它将开启有关大爆炸之后首批恒星诞生的全新图景。

  恒星初生于原始尘埃气体云中,其一生的演化过程就是一个引力和内部辐射压的“战斗故事”。原始尘埃云在自身引力作用下收缩,摩擦和势能释放导致气体和尘埃物质密度上升,温度升高。

  最终,内部压强上升,这阻止了进一步的向内挤压过程。此时,若气体云能进行有效地散热,从而降低内压,那么收缩将得以继续进行,从而使恒星的形成成为可能。研究人员已经知道,当气体云中含有碳和氧元素时,这种冷却过程将显得更加高效。

  不过,通常以这种方式形成的恒星具有相对较小的质量,如我们的太阳。但是在早期宇宙中,像碳和氧这样的元素还未来得及产生,因此那时的气体云将很难迅速冷却下来。

  但德国的两家科研机构:海德堡大学天文中心(Heidelberg University"s Centre for Astronomy)以及马普研究所天体物理研究院(Max Planck Institute for Astrophysics),以及美国德克萨斯大学的科学家们组成的研究小组共同进行的这项研究可能将颠覆这一说法。

  来自德国海德堡大学的保罗·克拉克(Paul Clark)博士借助高分辨率计算机模拟的帮助,对恒星演化的过程进行了研究。他的小组发现这一简单的图景可能需要改变,极早期的宇宙中可能并非仅仅只有巨大却孤独的恒星。

  其中的原因在于恒星形成时的“吸积盘”。由于恒星初生后,其引力导致周边的物质向其靠拢,聚集,这一过程在天文上称为“吸积”。起先,物质从四周近乎均匀的进行吸积过程,但由于原始恒星在自转,其赤道地区物质会感受到最大的向外离心力,它抵消了引力,从而导致物质在原始恒星赤道面的聚集,形成一个尘埃气体盘面,称作“吸积盘”。

  物质在吸积盘中高速旋转,抵抗着引力的下拽。只有当尘埃微粒之间由于相互摩擦导致减速时,物质才会下降落入原始恒星。而当大量物质涌入吸积盘时,这种缓慢的输送过程将不堪重负,最终导致吸积盘不稳定并破碎成数块。因此,原先认为会形成单个大恒星的观点很有可能是错误的,实际情况可能是生成数个恒星,而非一个。甚至有的情况下会形成相互距离仅有地球到太阳那么远的一对恒星。

  克拉克博士认为,这一研究将开启宇宙极早期恒星搜寻的新思路。在形成初期,双星和多星系统能产生强烈的X射线或伽马射线暴。目前,科研人员已经开始设计未来专门用于探测此类来自极早期宇宙射线爆发现象的探测器。

  与此同时,也存在这样的可能性,即一颗恒星在远未能吸积足够多的物质时就由于和附近的恒星相撞而被抛出了初生时的大家庭。和大质量恒星的短命不同,质量较小的恒星能长久生存。

  克拉克博士说:“这些小质量恒星可能生存至今,使我们得以在自家后院找到有关宇宙最早期恒星形成的线索成为可能。”