450萬年前擦肩而過的恒星

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翻譯：馬嘯然

校對：牧夫天文校對組

后期：王啟儒

責任編輯：王啟儒

原文發布于 skyandtelescope.com

在初冬的夜晚，大犬座β星（Mirzam，中名：軍市一）和大犬座ε星（Adhara，中名：弧矢七）在大犬座中熠熠生輝。他們會在當地時間午夜前后出現在正南方附近，分別標記著大犬座這只大型“獵犬”的前爪和后爪。然而，如果把時鐘撥回 450 萬年前，它們的模樣將大不相同：那時這兩顆恒星離我們近得多，亮度甚至可以輕易蓋過天狼星（Sirius）。更重要的是，根據科羅拉多大學 Michael Shull 領導的團隊在 12 月的《天體物理學雜志》上發表的報告，這兩顆恒星在我們太陽系的地盤上留下了痕跡——它們為太陽周圍的氣體注入了巨大的能量。

這張地圖展示了位于太陽系外側的局部星際云（Local Interstellar Clouds）。藍色箭頭顯示了這些云團的移動方向。黃色箭頭則指示了太陽自身的運動方向。

Credit：NASA / Adler / U. Chicago / Wesleyan

天文學家是在研究太陽系周圍的星際云時關注到大犬座 β星和 ε星的。他們重點觀測了距離太陽約 30 光年范圍內的 15 縷由氫和氦組成的彌散氣體。這些云團極度稀薄，平均每3立方厘米僅含有1個原子，但其密度大約仍是銀河系星際空間平均密度的5倍。令人驚訝的是，這些原子中有相當一部分處于電離狀態（即電子被剝離）。這很不尋常，因為太陽發出的高能輻射并不足以電離如此遙遠的氣體。

早在 20 世紀 90 年代，天文學家就提出過三顆白矮星——G191-B2B、Feige 24 和 HZ 43A——可能是電離能量的來源。白矮星是低質量恒星演化后的致密殘骸，它們能輻射出大量的紫外線，其能量足以把部分氫、氦原子的電子“撬”走。

藝術家筆下的“本地泡”（Local Bubble），這是一個由超新星爆發吹出的氣泡，如今恒星形成活動正發生在這個氣泡的“表面”。一系列強烈的超新星爆發導致了這個巨大氣泡的產生，其內部的熱氣體至今仍在產生電離輻射。

Credit：Center for Astrophysics / Leah Hustak (STScI)

不過，白矮星并不是唯一的“能量供應”。同樣在90年代，天文學家還確認了本地泡（Local Bubble）的存在：這是一個由超新星爆發形成的、充滿高溫氣體的巨大空泡，包圍著本地星際云，尺度可達300光年，并能發出大量紫外光子。此外，大犬座中的兩顆巨星——大犬座β與大犬座ε——也同樣能提供強烈的電離紫外輻射。

大犬座（Canis Major）包含位于狗的“前腿”末端的巨星——大犬座 β星。大犬座 ε星則位于“后腿”的末端。

Credit：Till Credner / Wikimedia Commons

要弄清這些不同來源各自貢獻了多少并不容易。Shull 形容這像一幅“不斷移動的拼圖”：“太陽在運動，恒星正遠離我們，云團也在漂移。”

為了得到更清晰的答案，Shull 及同事利用 Hipparcos（依巴谷）衛星修訂后的距離數據，計算兩顆恒星的物理性質與紫外輻射輸出（更新、更精確的蓋亞衛星數據反而幫不上忙，因為這兩顆星太亮，超出了蓋亞傳感器的理想測量范圍）。他們還回溯了這兩顆星在過去數百萬年的運動軌跡：如今它們都在400光年以外；但在450萬年前，兩者都曾逼近太陽到30光年以內。

當然，這仍比今天距我們約8光年的天狼星遠得多。但作為 B 型恒星，大犬座β與大犬座ε的光度分別高達太陽的約2.2萬到2.5萬倍。對比之下，天狼星A是一顆 A0 型恒星，光度只有太陽的24倍。（天狼星 B 是天狼星 A 的白矮星伴星，由于它比其他白矮星更古老，溫度也更低，因此貢獻的紫外輻射并不多。）因此，在幾百萬年前，這兩顆巨星在夜空中會亮到視星等約 –4.1，在夜空中足以與金星爭輝。

天狼星 A 伴隨著一顆燃盡的恒星殘骸，即白矮星：天狼星 B（左下角可見）。白矮星產生的紫外線可以電離太陽附近的氣體云，不過其他白矮星比天狼星 B 是更強的輻射源。

Credit：NASA / ESA / H. Bond (STScI) / M. Barstow (University of Leicester)

在計算出這兩顆恒星的性質后，Shull 團隊得出結論：在它們掠過太陽附近的那段時期，它們對太陽周圍星際云的電離作用，與“本地泡”的貢獻相當。這也就幫助解釋了：為什么這些氣體云能長期維持如此高的電離水平。

在這張大犬座的圖像中，標注了巨星 Mirzam（軍市一）和 Adhara（弧矢七），以及明亮但非巨星的天狼星（Sirius）。來自 Mirzam 和 Adhara 的紫外線輻射可能在大約 450 萬年前它們經過太陽附近時，電離了周圍的氣體云。

Credit：Jan Hattenbach

太陽周圍的電離歷史可能對我們自己的星球有著深遠的影響。太陽附近的這些星際云像盾牌一樣，能在一定程度上屏蔽地球，抵擋銀河系中高速穿行的高能粒子——否則這些粒子會破壞地球高層大氣中的臭氧層。臭氧層一旦削弱，就會讓太陽輻射中能量較低、但同樣有害的紫外線更容易抵達地表。

未直接參與該研究的科羅拉多大學天文學家 Jeffrey Linsky 表示：“太陽所處的星際環境變化，可能會對地球生命演化產生重要影響。”他認為這篇新論文是我們理解本地空間區域歷史的一項關鍵進展，并可能對地球氣候帶來重要啟示。

同樣未參與研究的衛斯理大學天文學家 Seth Redfield 補充道：“盡管這次近距離掠過發生在數百萬年前，但有趣的是，我們今天仍能從本地星際介質的性質中看到它的影響。”這也讓他不禁發問：“我們周圍還留下些什么更早的相遇證據？而未來我們的宇宙鄰域又將迎來哪些新的邂逅？”

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來源: Reddit

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