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

天体物理学家利用IACOB项目详细观测蓝超巨星

天体物理学家利用IACOB项目详细观测蓝超巨星恒星是星系乃至整个可观测宇宙的基本组成部分。在种类繁多的恒星中，质量超过太阳8倍的恒星被称为大质量恒星。它们强大的辐射和可怕的恒星风对周围的星际介质产生了重大影响。在这些恒星内部，形成了氢和氦以外的元素，在星系的化学变化中起着关键作用，并为生命的出现奠定了基础。此外，当这些恒星以超新星的形式终结时，它们会产生中子星和恒星质量的黑洞。所有这些都意味着它们的性质和演化对天体物理学至关重要。在这种情况下，"蓝超巨星"被用来定义那些处于生命中间阶段的大质量恒星，这是一个关键时期，可以被描述为"恒星青春期"，它将决定恒星的余生和最终命运。鉴于这一演化阶段的复杂性，以往基于几十颗此类恒星样本的研究无法获得足够的信息来详细了解它们。英仙座h和xi双星团的图像，研究中的蓝超巨星用十字交叉表示，包括样本中的典型光谱。资料来源：AbeldeBurgosSierra（IAC）在发表的这项研究中，对地球周围6500光年范围内的约750颗蓝超巨星进行了观测，这使其成为迄今为止获得的最完整、质量最高的样本之一。为了进行这项研究，IAC的IACOB项目花费了15年的时间来获取高质量、高分辨率的大质量恒星光谱（这是恒星的指纹），其中包括对银河系中绝大多数蓝超巨星的详尽搜索。这些观测主要是利用拉帕尔马岛RoquedelosMuchachos天文台的NOT和Mercatort望远镜进行的。"对这一样本的分析，将使我们能够解决有关这些天体的演化性质和物理特性的一些问题，这些问题几十年来一直没有答案，因为它们与其他质量较小的恒星类型相比不太为人所知，尽管它们在现代天体物理学的许多领域都很重要。"IAC和ULL的研究员、文章的第一作者AbeldeBurgosSierra解释说。银河与样本中的蓝色超巨星叠加的图像。资料来源：DSS/AbeldeBurgosSierra(IAC)为了选择样本，我们使用了一种新的标记方法，这种方法是基于这些恒星光谱中一种易于识别的示踪剂（H-neta线的剖面形状）。通过简单的测量，这种新方法可以快速有效地识别特定温度和表面重力范围内的恒星。利用这种方法，研究人员无需使用复杂的恒星大气模型进行光谱分析的常规方法来推导这些数量。"当下一次大质量恒星光谱测量（如来自RoquedelosMuchachos的WEAVE-SCIP或来自智利LaSilla的4MIDABLE-LR）开始在未来五年内每晚观测银河系中成千上万颗恒星的光谱时，这对识别这类恒星将非常重要、"IACOB项目是一个由IAC领导的国际合作项目，其目标是建立一个有史以来最大的银河系大质量恒星光谱数据库。DeBurgos已经开始了他的博士论文工作，即获取750个蓝超巨星样本的物理参数（质量、温度、光度）和化学丰度（He、C、N、O、Si）的精确数据。因斯布鲁克大学研究员、文章合著者米格尔-乌尔班尼亚（MiguelA.Urbaneja）总结说："这将有助于回答一些最有趣的未解之谜，让我们更好地了解大质量恒星的'青春期'。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378061.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378061.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

天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘

天体物理学家发现新的引力波探测方法探索宇宙最深处的奥秘科大物理系刘教授团队提出的突破性概念，可让地球磁层中的单个天文望远镜成为全球变暖信号的探测器。资料来源：香港科技大学在香港科技大学物理系副教授刘涛教授的领导下，研究小组的创新方法可以利用行星磁层中现有的、技术上可行的天文望远镜成功探测高频引力波。这将为以有效和技术可行的方式研究早期宇宙和剧烈宇宙事件开辟新的可能性。引力波（GW）由各种天文现象产生，如早期宇宙的相变和原始黑洞的碰撞。然而，引力波的影响极其微弱，目前只能通过干涉测量法在相对较低的频段发现引力波。因此，利用全球升温潜能值观测宇宙面临着巨大的技术挑战，特别是在探测一千赫以上的高频段时，干涉测量法的使用受到很大限制。为了解决这一难题，刘涛教授和他的博士后研究员张晨博士与中国科学院高能物理研究所的任静研究员合作，在最近的研究中取得了重大突破。这项研究利用了一个有趣的物理效应：驻留在磁场中的全球瓦可以转化为潜在的可探测电磁波。通过利用行星磁层内的延伸路径，转换效率得以提高，从而产生更多的电磁波信号。对于具有宽视场的望远镜来说，由于这种行星实验室内的信号通量具有广阔的角度分布，因此探测能力可以得到进一步提高。这种创新方法可使单个天文望远镜充当全球变暖信号的探测器。通过组合多个望远镜，可以实现高频全球变暖频率的广泛覆盖，从兆赫兹到1028赫兹不等。这一频率范围相当于天文观测中使用的电磁波谱，其中有很大一部分是以前在探测GW时从未探索过的。这项研究对低地球轨道卫星探测器和木星磁层内正在进行的任务的灵敏度进行了初步评估。这项研究发表在今年3月的《物理评论快报》上，随后，《自然-天文学》在5月发表了一篇题为"行星大小的实验室提供了宇宙学见解"的文章，重点介绍了这项研究。这强调了这项研究在为未来新型全球变暖探测技术研究铺平道路方面的重要意义。编译来源：ScitechDailyDOI:10.1103/PhysRevLett.132.131402DOI:10.1038/s41550-024-02285-w...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433772.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433772.htm