天体物理学家发现了有史以来观测到的周期最短的低质量恒星双星系统

天体物理学家发现了有史以来观测到的周期最短的低质量恒星双星系统一幅插图显示了目前超冷矮星双星的距离有多近，以及这种接近程度是如何随时间变化的。资料来源：AdamBurgasser/加州大学圣地亚哥分校LP413-53AB估计有数十亿年的历史--与我们的太阳年龄相似--但其轨道周期至少比迄今为止发现的所有超冷矮星双星短三倍。领导这项研究的西北大学天体物理学家Chih-Chun"Dino"Hsu说："发现这样一个极端的系统是令人兴奋的。原则上，我们知道这些系统应该存在，但是还没有发现这样的系统。"Hsu最近在西雅图举行的第241届美国天文学会会议的新闻发布会上介绍了这项研究，作为"恒星及其活动"会议的一部分。Hsu是西北大学温伯格文理学院的物理学和天文学博士后研究员，也是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的成员。他在加州大学圣地亚哥分校读博士时就开始了这项研究，他在那里得到了AdamBurgasser教授的指导。该团队在探索档案数据时首次发现了这个奇怪的双星系统。Hsu开发了一种算法，可以根据恒星的光谱数据为其建模。通过分析一颗恒星发出的光的光谱，天体物理学家可以确定该恒星的化学成分、温度、重力和旋转。这种分析还显示了恒星向观察者移动和远离观察者时的运动，称为径向速度。这张图比较了最近发现的双星系统中的两颗矮星与其他系统的接近程度。资料来源：AdamBurgasser/加州大学圣地亚哥分校在研究LP413-53AB的光谱数据时，Hsu注意到一些奇怪的现象。早期的观测发现，当这两颗恒星大致排列在一起时，它们的光谱线重叠在一起，这让他相信这只是一颗恒星。但是当这些恒星在它们的轨道上移动时，光谱线向相反的方向移动，在后来的光谱数据中分成了一对。Hsu意识到，实际上有两颗恒星被锁定在一个极其紧密的双星中。利用W.M.Keck天文台的强大望远镜，徐志摩决定亲自观察这一现象。2022年3月13日，该团队将望远镜转向金牛座，也就是该双星系统所在的位置，并观察了两个小时。然后，他们在7月、10月和12月进行了更多的后续观测。"当我们进行这种测量时，我们可以看到事情在几分钟的观察中发生变化，"Burgasser说。"我们跟踪的大多数双星的轨道周期是几年。所以，你每隔几个月就能得到一次测量。然后，过了一段时间，你就可以把拼图拼起来。在这个系统中，我们可以看到光谱线在实时地移动。在人类的时间尺度上看到宇宙中发生的这种事情是令人惊讶的。"观察结果证实了Hsu归纳的模型的预测。这两颗恒星之间的距离大约是地球和太阳之间距离的1%。研究小组推测，这些恒星要么是在进化过程中相互迁移，要么是在第三个--现在已经消失的--恒星成员被抛出后走到一起，接下来需要更多的观察来检验这些想法。Hsu还说，通过研究类似的恒星系统，研究人员可以更多地了解地球以外的潜在宜居行星。超冷矮星比太阳要暗淡得多，所以任何表面有液态水的世界--形成和维持生命的一个关键成分--都需要离恒星近得多。然而，对于LP413-53AB来说，宜居区的距离恰好与恒星的轨道相同，因此在这个系统中不可能形成宜居行星。"这些超冷矮星是我们太阳的邻居，"Hsu说。"为了确定潜在的宜居宿主，从我们的近邻开始是有帮助的。但是如果近距离双星在超冷矮星中很常见，那么可能很少有可居住的世界被发现。"为了充分探索这些情况，Hsu、Burgasser和他们的合作者希望能确定更多的超冷矮星双星系统，以创建一个完整的数据样本。新的观测数据可以帮助加强双星形成和演变的理论模型。然而，直到现在，发现超冷双星仍然是一项罕见的壮举。研究报告的共同作者、加州大学圣地亚哥分校校长博士后ChrisTheissen说："这些系统很罕见。但是我们不知道它们之所以罕见是因为它们很少存在，还是因为我们没有发现它们。这是一个开放式的问题。现在我们有一个数据点，我们可以开始建立。这些数据已经在档案馆里放了很久了。迪诺的工具将使我们能够寻找更多像这样的双星。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357595.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357595.htm

天体物理学家设想可能终结地球生命的星球

天体物理学家设想可能终结地球生命的星球首先是我们的太阳系中陆地行星和巨型气体行星的大小之间的差距。最大的陆地行星是地球，最小的气体巨行星是海王星，它比地球宽4倍，质量大17倍。两者之间没有任何东西。这幅图显示了我们太阳系中的行星相对于彼此的大致尺寸。从太阳向外看，这些行星是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，其次是矮行星冥王星。木星的直径大约是地球的11倍，太阳的直径大约是木星的10倍。冥王星的直径略小于地球的1/5。图中没有显示与太阳的适当距离。资料来源：美国宇航局/月球和行星研究所"在其他恒星系统中，有许多行星的质量处于这一差距。我们称它们为超级地球，"凯恩说。另一个差距是在位置上，相对于太阳，在火星和木星之间，行星科学家经常希望在这两颗行星之间有什么东西存在。这些差距可以为我们太阳系的结构和地球的演变提供重要的见解。为了填补这些空白，凯恩对火星和木星之间具有不同质量的行星进行了动态计算机模拟，然后观察其对所有其他行星轨道的影响。结果发表在《行星科学》杂志上，对太阳系来说大多是灾难性的。凯恩说："这颗虚构的行星给了木星一个推力，正好足以破坏其他一切的稳定性。尽管许多天文学家曾希望有这颗额外的行星，但我们没有它是件好事。"艺术家对开普勒-62f的概念，这是一颗超级地球大小的行星，围绕着一颗比太阳更小、更冷的恒星运行，距离地球约1200光年。资料来源：美国宇航局艾姆斯/JPL-Caltech/TimPyle木星比其他所有行星的体积总和还要大得多；它的质量是地球的318倍，所以它的引力影响是深远的。如果我们太阳系中的一颗超级地球、一颗路过的恒星或任何其他天体对木星产生干扰，哪怕是轻微的干扰，所有其他行星都会受到深刻的影响。根据陆地行星的质量和确切位置，它的存在可能最终将水星和金星以及地球从太阳系中弹出。它还可能破坏天王星和海王星的轨道稳定，把它们也抛到外太空。超级陆地行星将改变地球的轨道形状，使其远不如今天那样适合居住，甚至完全结束生命。凯恩尝试设想星球的质量变小，并把它直接放在火星和木星之间，他看到这个星球有可能在很长一段时间内保持稳定。但是在任何方向上的小移动，事情都会变得很糟糕。这项研究对其他太阳系的行星承载生命的能力有影响。尽管类似木星的行星，即远离其恒星的气体巨行星只在大约10%的情况下被发现，但它们的存在可以决定邻近的地球或超级地球是否有稳定的运行轨道。这些结果让凯恩重新对将行星围绕太阳固定在一起的微妙秩序产生了尊重。"我们的太阳系比我以前所欣赏的更加精细。这一切都像复杂的时钟齿轮一样工作。"把更多的齿轮扔进去，它就会全部坏掉。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348479.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348479.htm

天体物理学家利用模型准确预测了观测到的M87黑洞喷流的形态

天体物理学家利用模型准确预测了观测到的M87黑洞喷流的形态自从发现喷流以来，包括诺贝尔奖获得者罗杰-彭罗斯爵士在内的许多学者都在研究这些神秘现象的形成。目前，有两种主要模型试图解释喷流的形成："BZ-喷流模型"是以研究人员布兰福德和兹纳杰克的名字命名的，也是目前最有影响力的模型，它认为喷流是通过与黑洞事件视界相连的磁场线从黑洞中提取自旋能量而形成的。与此相反，第二种模型认为喷流是通过从黑洞的吸积盘中提取旋转能量形成的。后者是在黑洞强大引力作用下围绕黑洞旋转的电离气体的集合。第二种模型可以被称为"圆盘-喷流模型"。尽管其他研究人员已经使用BZ射流模型模拟了广义相对论准直外流，实际上也就是射流，但还不清楚BZ射流模型能否解释观测到的实际射流的形态，包括其拉长的结构、宽度和边缘增亮（即射流边缘附近亮度增加）。为了研究这两个模型的有效性，中国科学院上海天文台袁峰博士领导的一个国际研究小组计算了这两个模型分别预测的位于室女座巨型星系Messier87（M87）中心的超大质量黑洞的喷流。研究小组随后将计算结果与对M87喷流的实际观测结果进行了比较，后者被记录在事件地平线望远镜（EHT）首次捕捉到的黑洞图像中。研究小组的研究表明，BZ-喷流模型准确地预测了观测到的M87喷流的形态，而圆盘-喷流模型则难以解释观测结果。该研究发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上。模型预测图像与观测图像的对比研究小组首先采用了三维广义相对论磁流体力学（GRMHD）模拟来再现M87喷流的结构。为了计算模拟喷流的辐射并将辐射与观测结果进行比较，辐射电子的能谱和空间分布至关重要。研究小组假设电子加速是通过"磁重联"发生的，即磁能转化为动能、热能和粒子加速的过程。根据这一假设，研究小组结合粒子加速研究的结果，利用动力学理论求解了稳态电子能量分布方程。然后，研究小组获得了模拟射流不同区域的电子能量谱和数量密度。在距离核心的三个距离上，由基准模型预测的边缘增亮（实线）及其与观测数据的比较（虚线）将这些信息与吸积模拟（包括磁场强度、气体等离子体温度和速度）相结合，研究小组获得了可以与实际观测结果进行比较的结果。结果显示，BZ-喷流模型预测的喷流形态与观测到的M87喷流形态非常吻合，包括喷流宽度、长度、边缘增亮特征和速度。相比之下，盘状喷流模型的预测结果与观测结果不一致。此外，研究小组还分析了磁再连接过程，发现它是由于M87黑洞吸积盘中的磁场产生的磁爆发造成的。这些爆发对磁场造成了强烈的扰动，这种扰动可以传播很远的距离，从而导致喷流中的磁重联。这项工作弥合了喷流形成动态模型与各种观测到的喷流特性之间的差距，首次证明BZ喷射模型解决了喷流的能量问题，也解释了其他观测结果。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428700.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428700.htm

韦伯之谜解开了天体物理学家解释宇宙黎明时的"不可能"亮度

韦伯之谜解开了天体物理学家解释宇宙黎明时的"不可能"亮度强烈的闪光，而不是质量，解决了不可能的亮度之谜。当科学家们看到詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的第一批宇宙最早星系的图像时，他们感到非常震惊。这些年轻的星系看起来太亮、太大、太成熟，不可能在宇宙大爆炸后这么快就形成。这就好比一个婴儿在短短几年内就长成了大人。这一惊人的发现甚至引起了一些物理学家对宇宙学标准模型的质疑，怀疑它是否应该被颠覆。银河系亮度与质量美国西北大学领导的天体物理学家小组利用新的模拟方法发现，这些星系的质量可能并没有那么大。虽然星系的亮度通常是由其质量决定的，但新的发现表明，质量较小的星系也能因不规则、灿烂的恒星形成爆发而发出同样明亮的光芒。这一发现不仅解释了为什么年轻的星系看起来具有欺骗性的质量，而且也符合宇宙学的标准模型。这项研究发表在10月3日的《天体物理学杂志通讯》（AstrophysicalJournalLetters）上。艺术家构想的早期星爆星系。该图像是根据用于这项研究的FIRE模拟数据绘制的，可以解释JWST最近的研究结果。恒星和星系显示为明亮的白色光点，而较分散的暗物质和气体则显示为紫色和红色。资料来源：AaronM.Geller，西北大学，CIERA+IT-RCDS西北大学的Claude-AndréFaucher-Giguère是这项研究的资深作者，他说："这些星系的发现是一个巨大的惊喜，因为它们比预期的要亮得多。通常情况下，星系之所以明亮是因为它很大。但由于这些星系是在宇宙黎明时形成的，因此大爆炸后的时间还不够长。这些巨大的星系怎么会如此迅速地聚集在一起呢？我们的模拟结果表明，星系在宇宙黎明时形成这种亮度是没有问题的"。领导这项研究的孙国超补充说："关键是要在短时间内在一个系统中再现足够数量的光。之所以会出现这种情况，要么是因为系统的质量非常大，要么是因为它有能力迅速产生大量的光。在后一种情况下，系统并不需要那么大的质量。如果恒星的形成是在爆发中发生的，它就会发出闪光。这就是我们看到几个非常明亮的星系的原因。"Faucher-Giguère是西北大学温伯格艺术与科学学院物理学和天文学副教授，也是天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的成员。Sun是西北大学CIERA的博士后研究员。了解宇宙黎明宇宙黎明是宇宙大爆炸后大约1亿年到10亿年的一段时期，其标志是宇宙中第一批恒星和星系的形成。在JWST进入太空之前，天文学家对这段古老的时期知之甚少。"JWST给我们带来了很多关于宇宙黎明的知识。在JWST出现之前，我们对早期宇宙的了解大多是根据极少数来源的数据推测出来的。随着观测能力的大幅提升，我们可以看到星系的物理细节，并利用这些确凿的观测证据来研究物理学，从而了解正在发生的事情。"在这项新研究中，Sun、Faucher-Giguère和他们的团队使用了先进的计算机模拟来模拟星系在大爆炸之后是如何形成的。模拟生成的宇宙黎明星系与JWST观测到的星系一样明亮。这些模拟是相对论环境反馈（FIRE）项目的一部分，Faucher-Giguère与加州理工学院、普林斯顿大学和加州大学圣地亚哥分校的合作者共同创立了该项目。这项新研究的合作者包括来自Flatiron研究所计算天体物理学中心、麻省理工学院和加州大学戴维斯分校的研究人员。FIRE模拟结合了天体物理学理论和先进的算法来模拟星系的形成。这些模型使研究人员能够探究星系是如何形成、成长和改变形状的，同时考虑到恒星返回的能量、质量、动量和化学元素。当Sun、Faucher-Giguère和他们的团队运行模拟来模拟宇宙黎明时形成的早期星系时，他们发现恒星是在爆发中形成的--这一概念被称为"爆发式恒星形成"。在像银河系这样的大质量星系中，恒星以稳定的速度形成，恒星的数量随着时间的推移逐渐增加。但是，当恒星以一种交替的模式形成时，就会出现所谓的爆发式恒星形成--一下子形成许多恒星，然后是数百万年的极少数新恒星，接着又形成许多恒星。"爆发式恒星形成在低质量星系中尤其常见，"Faucher-Giguère说。"为什么会出现这种情况的细节仍是正在进行的研究课题。但我们认为发生的情况是，恒星形成爆发，然后在几百万年后，这些恒星以超新星的形式爆炸。气体被踢出，然后又落回，形成新的恒星，推动恒星形成的循环。但是当星系的质量足够大时，它们的引力就会更强。当超新星爆炸时，它们的引力不足以把气体抛出星系。引力将星系凝聚在一起，使其进入稳定状态。"明亮的星系和宇宙模型模拟还能够产生与JWST所揭示的相同数量的明亮星系。换句话说，模拟预测的明亮星系数量与观测到的明亮星系数量相吻合。尽管其他天体物理学家也曾假设，爆发性恒星形成可能是宇宙黎明时星系异常明亮的原因，但西北大学的研究人员是第一个利用详细的计算机模拟来证明这是可能的。而且他们能够在不增加与我们的宇宙标准模型不一致的新因素的情况下做到这一点。Faucher-Giguère说："星系中的大部分光线都来自质量最大的恒星。因为质量更大的恒星燃烧速度更快，所以寿命更短。它们在核反应中迅速耗尽燃料。因此，一个星系的亮度与它在过去几百万年中形成的恒星数量有更直接的关系，而不是与整个星系的质量有关。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387989.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387989.htm

天体物理学家揭开奇异熔岩世界的神秘面纱

天体物理学家揭开奇异熔岩世界的神秘面纱熔融海洋的影响现在，科学家们在一项新的研究中表明，这些广阔的熔融海洋对观测到的热岩石超级地球的特性有很大的影响，比如它们的大小和进化路径。他们最近发表在《天体物理学杂志》上的研究发现，由于熔岩具有极强的可压缩性，岩浆海洋会导致富含熔岩且没有大气层的行星比类似大小的固态行星密度略高，并影响它们的地幔（即环绕行星核心的厚内层）结构。基尔斯滕-博利（KierstenBoley）说，即便如此，由于对这些天体的研究出了名的不足，要描述熔岩行星的基本运作是一项艰巨的任务。她是这项研究的第一作者，也是俄亥俄州立大学的一名天文学研究生。探测与理解博利说："熔岩世界是非常奇特、非常有趣的东西，由于我们探测系外行星的方式，我们更偏向于发现它们。"她的研究围绕着理解系外行星独特的基本成分，以及如何调整这些元素，或者在熔岩世界的情况下，调整它们的温度，可以完全改变它们。在这些神秘的燃烧世界中，最著名的一颗是巨蟹座55号，这是一颗距离我们约41光年的系外行星，科学家们称它既有波光粼粼的天空，也有汹涌澎湃的熔岩海。虽然太阳系中也有一些天体，比如木星的卫星木卫一，火山活动非常活跃，但在我们的宇宙空间中，还没有真正的熔岩行星可以让科学家们近距离研究。不过，研究岩浆海洋的成分如何促进其他行星的演化，比如它们保持熔融状态的时间长短以及最终冷却的原因，可以为了解地球自身的炽热历史提供线索，博利说。"当行星最初形成时，尤其是岩质陆地行星，它们在冷却过程中会经历一个岩浆海洋阶段。因此，熔岩世界可以让我们了解几乎所有陆地行星的演化过程。"研究技术和发现研究人员利用系外行星内部建模软件Exoplex和从以前的研究中收集到的数据构建了一个包含几种岩浆成分信息的模块，模拟了类似地球的行星的几种进化情况，其表面温度在2600到3860华氏度之间--这是行星的固态地幔变成液态的熔点。研究小组从他们创建的模型中发现，岩浆洋行星的地幔有三种形式：第一种是整个地幔完全熔化，第二种是地表有岩浆洋，第三种是三明治式的模型，即地表有岩浆洋，中间是固体岩石层，另一层是最靠近行星核心的熔融岩浆层。研究结果表明，第二种和第三种形式的行星比完全熔融的行星更常见。根据岩浆海洋的成分，一些无大气层的系外行星比其他行星更善于捕获挥发性元素--形成早期大气层所必需的氧和碳等化合物--达数十亿年之久。例如，该研究指出，一颗质量比地球大4倍的基底岩浆类行星能够捕获的水的质量是目前地球海洋的130多倍，是目前该行星表面和地壳中碳含量的约1000倍。博利说："当我们讨论一颗行星的进化及其拥有支持生命所需的不同元素的潜力时，能够在其外壳中捕获大量挥发性元素可能会对宜居性产生更大的影响。"对宜居性的影响和未来研究熔岩行星距离适宜居住以支持生命还有很长的路要走，但了解帮助这些世界达到这一目标的过程非常重要。然而，这项研究清楚地表明，在将这些世界与固态系外行星进行比较时，测量它们的密度并不是描述这些世界特征的最佳方法，因为岩浆海洋既不会显著增加也不会降低行星的密度，博利说。相反，他们的研究表明，科学家们应该关注其他地球参数，比如行星表面重力的波动，以检验他们关于热熔岩世界如何运行的理论，尤其是如果未来的研究人员计划利用他们的数据来帮助更大规模的行星研究的话。这项工作是地球科学和天文学的结合，基本上开启了有关熔岩世界的令人兴奋的新问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387293.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387293.htm

天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量

天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量第一作者、日本千叶大学埃及国家天文和地球物理研究所研究员穆罕默德-阿卜杜拉博士解释说："宇宙学家认为，总物质中只有约20%是由常规物质或'重子'物质构成的，其中包括恒星、星系、原子和生命。"大约80%是由暗物质构成的，暗物质的神秘性质尚不清楚，但可能由一些尚未发现的亚原子粒子组成。(见图）。""研究小组使用了一种行之有效的技术来确定宇宙中的物质总量，即把观测到的单位体积内星系团的数量和质量与数值模拟的预测结果进行比较，"合著者、阿卜杜拉的前研究生导师、加州大学默塞德分校物理学教授兼研究、创新和经济发展副校长吉莉安-威尔逊（GillianWilson）说。"目前观测到的星团数量，也就是所谓的'星团丰度'，对宇宙学条件，尤其是物质总量非常敏感"。图1.就像"金发姑娘"一样，研究小组将测量到的星系团数量与数值模拟的预测进行比较，以确定哪个答案"恰到好处"。资料来源：穆罕默德-阿卜杜拉（埃及国家天文和地球物理研究所/日本千叶大学）弗吉尼亚大学的阿纳托利-克莱平（AnatolyKlypin）说："宇宙中总物质的比例越高，就会形成越多的星团。但要精确测量任何星系团的质量都很困难，因为大部分物质都是暗物质，我们无法用望远镜直接看到。"为了克服这一困难，研究小组不得不使用一种间接的星系团质量追踪器。他们所依赖的事实是，质量较大的星团比质量较小的星团包含更多的星系（质量富集度关系：MRR）。由于星系由发光的恒星组成，因此可以利用每个星团中星系的数量来间接确定其总质量。通过测量斯隆数字巡天观测样本中每个星团的星系数量，研究小组能够估算出每个星团的总质量。然后，他们将观测到的单位体积星系团的数量和质量与数值模拟的预测值进行了比较。观测结果与模拟结果的最佳拟合值是宇宙由31%的总物质组成，这一数值与普朗克卫星的宇宙微波背景（CMB）观测结果非常吻合。值得注意的是，CMB是一种完全独立的技术。验证与技术千叶大学的石山智明（TomoakiIshiyama）说："我们首次利用MRR成功地测量了物质密度，这与普朗克团队利用CMB方法获得的结果非常吻合。这项工作进一步证明，星团丰度是约束宇宙学参数的一项有竞争力的技术，也是对CMB各向异性、重子声振荡、Ia型超新星或引力透镜等非星团技术的补充。"研究小组认为，他们的成果是首次成功利用光谱学（将辐射分离成各个波段或颜色的光谱的技术）来精确确定每个星团的距离，以及与星团有引力约束的真正成员星系，而不是视线沿线的背景或前景干扰者。以前尝试使用MRR技术的研究则依赖于粗糙得多和精确度较低的成像技术，例如使用在某些波长下拍摄的天空照片，来确定每个星团和附近真正成员星系的距离。结论和未来应用这篇发表在9月13日《天体物理学报》上的论文不仅证明了MRR技术是确定宇宙学参数的强大工具，而且还解释了如何将它应用于大型、宽视场和深视场成像以及光谱星系巡天（如斯巴鲁望远镜、暗能量巡天、暗能量光谱仪、欧几里得望远镜、eROSITA望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜等进行的巡天）所获得的新数据集。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385143.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385143.htm