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標 題[摘錄]搜查第一代恆星
發信站銘傳築夢別境 (Sun Oct 2 15:12:33 2005)
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宇宙誕生後,所產生的第一代恆星,看起來會是什麼模樣?它們如何演化與死亡?
關於這些問題,天文學家心中都有一份劇本,但都苦無證據,因為第一代恆星離我
們非常遙遠,又是在久遠之前形成的,因此即使用全世界最棒的望遠鏡,也很難觀
測到--除非它們發生超新星爆炸。
激超新星(hypernova)是一種比超新星更劇烈的爆炸天體,通常伴隨伽瑪射線爆發
(gamma-ray bursts,GRB),因此,天文學家可以利用這些激超新星偵測來自第一
代恆星的遙遠星光。
美國航太總署(NASA)史威福(Swift)觀測衛星,偵測到一個紅移高達6.29的GRB,
估算應該是130億年前一顆恆星爆炸的結果,大約是宇宙誕生後不到10億年的時期。
德州大學(University of Texas)理論學者Volker Bromm等人預測:Swift在可操作
期間內觀測到的GRB中,可能有1/10都是來自紅移5以上的遙遠星體,也就是宇宙誕生
後10億年左右死亡的星體。
絕大部分的GRB都是來自第二代以後的恆星,但如果我們夠幸運的話,Swift將會偵測
到宇宙最早、最早一代的恆星,這些恆星的組成成分只有宇宙最原始的氫與氦。電腦
演算顯示:這些最早的第一代恆星因天文歷史之故,被稱為第三星族(Population III
),其質量重達太陽質量的50~500左右,因此第三星族的恆星核融合反應速率非常快
,能量消耗快的結果,造成這些恆星壽命都不長,很快地便在爆炸中結束一生。
Bromm等人表示:他們猜測最近發生的這個GRB可能不是第三星族造成的,但這麼高的
紅移值,仍然讓這個GRB相當值得花功夫研究。Bromm等人尋找的關鍵之處在於:第三
星族究竟能不能產生GRB--一種爆發威力猛烈到足以讓130億光年遠的星體被看見的現
象?答案是:能!第三星族的恆星質量龐大,其爆炸必定也非常猛烈,因此絕大部分ꨊ第三星族爆炸之後,應該都會形成黑洞。如果第三星族的恆星可能會是密近雙星系統
的一員,另一伴星會撕扯將死的第三星族恆星的外層大氣,使得爆炸發生時,可遮檔
爆炸威力的物質變少,經超新星爆炸新誕生的黑洞所產生的噴流,就可輕易地衝擊周
邊物質,因此應該可以產生GRB。
太陽系鄰近恆星中,約有一半左右的恆星為雙星系統或聚星系統的成員。不過,究竟
有多少比例的第三星族恆星屬雙星系統,尤其是密進雙星系統,仍屬未知。天文學家
希望能以理論和觀測雙管齊下的方式,臆測出第三星族屬雙星系統的比例上下限--藉
由搜尋高紅移GRB的方式,天文學家便可憑經驗縮減上下限的範圍;再改善電腦模擬的
方式,瞭解恆星形成過程的細節。
如果第三星族恆星中的雙星系統相當普遍,那麼高紅移GRB便是天文學家研究第一代恆
星的絕佳機會。而Swift則是天文學家第一個可用來研究高紅移第三星族恆星形成過程
的利器。
相關研究發表在天文物理期刊(Astrophysical Journal )中,並可見於
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0509303。
參考資料:
http://www.cfa.harvard.edu/press/pr0531.html, 2005.09.22
* 轉載自臺北天文館
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