当我们在晴朗的夜晚仰望黑暗的天空时,很容易被遥远的星辰之美所震撼。 我们连点、寻找模式,甚至选择我们喜欢的星团。 作为业余的观星者,我们无法确定星星的年龄。 他们十亿岁了吗?100亿?
所幸科学家已经有了许多方法来推测星星的年龄,让我们更清楚地了解宇宙的历史,甚至帮助我们在宇宙中寻找智能生命!
星团的秘密
估计恒星的年龄有几个障碍,但是对于一个星团中的恒星时,估计就容易得多。 这些星团通常大约在同一时间形成,但不一定都具有相同的特征。 因此,如果您可以确定一个星团中一系列恒星的大小和亮度,知道它们几乎在同一时间形成,就可以更容易地确定它们的整体年龄。
星团
大多数恒星大约90%的时间处在“主序”期,期间由于内部的核反应而不断地释放能量和辐射。 质量最大的恒星是“蓝热的”并且非常明亮,而质量最小的恒星是“红热的”并且相当微弱。 一旦恒星形成,其质量(亮度和温度)在主序期不会发生太大变化。
主序其的长度与恒星的质量直接相关,因为一旦恒星核心的内部燃料用完,就进入一个不太稳定的时期,期间会膨胀,坍塌,形成一个黑洞, 甚至超新星......
质量,亮度和年龄之间的联系意味着星团包含了大量信息。例如,可以寻找星团中尚在”主序期“的最热,最蓝,最大质量的恒星,并精确计算它的热度和亮度。恒星的质量告诉我们它有多少燃料,而亮度告诉我们它燃烧燃料的速度有多快。这样可以粗略地计算恒星的年龄,并随后计算星团中其他恒星的年龄。当今研究人员认为他们对星龄的估计误差为10-20%。
但是孤星呢?
虽然星团很容易被发现并且有点容易“变老”,但对于孤星来说要困难得多,因为没有参考背景可以看出它们已经发光了多长时间。然而,它们的“旋转”在这种情况下被证明非常有用,特别是因为开普勒太空望远镜已经开始深入到太空深处寻找答案。在开普勒望远镜之前,由于地球大气层的干扰,地球上的望远镜无法直接观测年龄超过5亿年的恒星。开普勒宇宙飞船中的强大镜头能够直接观察遥远的恒星,在那里它们可以探测到恒星表面上的暗斑——“星斑”。
图解:开普勒系统中的星点
质量,旋转速率和恒星的年龄之间存在直接联系,因此如果知道质量和旋转速率,就可能确定年龄。开普勒望远镜观测到的,星斑在恒星表面重新出现的速度可以说明恒星旋转的速度有多快。这些星斑所产生的亮度下降非常难以发现,因为它们只能使恒星的总光输出减少约1-2%,但开普勒望远镜可以观测到。
随着年龄的增长,旋转速度往往会降低,但研究人员仍然不确定究具体降低多少。事实上,孤星年龄测量的挑战与星团中的恒星差不多。如果没有固定参考——“旋转的时钟”——就可能很困难,但测量已知年龄的恒星的旋转速率(使用上一节中的技术)可以帮助建立一个基准。首先,研究人员可以测量星团中恒星的自旋,然后将该测量结果与类似大小的孤星的旋转速率进行比较。瞧 - 我们可以用合适数量的蜡烛制作一个恒星生日蛋糕。
这有什么用呢?
对于大多数人的人生而言,恒星的年龄无关紧要;很有可能当你仰望天空时,你看的只是到几千颗、而非宇宙中数以万亿计的恒星。然而,对于那些目光深入宇宙的人来说,确定恒星的年龄可能是寻找其他可居住世界——甚至是外星生命的关键。
通过寻找与我们的太阳相似的其他恒星(相当不错而且很亮的恒星),以及差不多年龄的其他恒星,会增加找到类地行星的机会。事实上,大多数“其他地球”都发现在与我们非常相似的恒星附近。理所当然,在我们银河系中的数十亿颗恒星中,以及有待探索的数以千计的类地行星中,有些可能已经有足够的时间来诞生生命,智能或者其他。
通过准确地确定恒星的年龄,并把星系的搜索范围缩小到类似于我们太阳系的星系,我们就更有可能找到用于太空旅行或殖民化的目标,甚至与其他星际旅行者接触。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. sciabc- John Staughton-风云飞杨
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