2022年01月22日 10:00
環球科學
一個橫跨1000光年的氣泡包圍著我們的太陽系，天空中數千顆年輕恒星都誕生於此。它叫本地泡，由恒星的絢麗死亡——超新星爆發——產生，給新的恒星提供了產生條件。但自發現50年來，囿於觀測技術的限制，本地泡整體的圖像對天文學家而言一直是模糊不清的。而近日，終於有人揭開了它神秘的面紗。
編譯 | 王昱
審校 | 白德凡
太陽系附近有數千顆年輕恒星，它們都誕生自一個1000光年寬的氣泡。天文學家幾十年前就意識到了這一點，並將其稱為本地泡（local bubble）。這是一個低密度、高溫度的等離子體氣泡，在氣泡的邊界上，是一層冷的、稠密的中性氣體和塵埃，恒星能在其中形成。
這個氣泡中隱藏著太陽附近年輕恒星誕生的秘密。但是囿於觀測精度的限制，天文學家一直沒能精確得出這個氣泡的形狀、大小、成因和其誕生的時間。而近期，在一篇發表於《自然》的論文中，哈佛史密松天體物理中心（Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian，CfA）和空間望遠鏡研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）的科學家為我們描繪了屬於本地泡1400萬年的故事，以及隱藏在它背後的恒星秘史。
本地泡：恒星的起源
這篇論文最關鍵成果是一個三維時空動畫。在其中，我們可以清楚地看到地球附近500光年內的所有年輕恒星和恒星形成區，都坐落在這個巨型泡泡的表面。「這是一個真實的起源故事，我們終於有能力解釋所有附近恒星形成過程是如何開始的。」天文學家和數據可視化專家Catherine Zucker說到。
太陽周圍的年輕恒星都誕生於一個氣泡。視頻來源：Center for Astrophysics
通過一系列全新的數據和數據科學技術，研究團隊發現是一系列超新星爆炸造就了這個氣泡狀的結構。其中第一次超新星爆炸發生在1400萬年前，這顆超新星推開了星際氣體，創造了這個氣泡狀的結構，從那時起，它的表面上就開始了劇烈的恒星形成過程。今天，7個著名的恒星形成區或分子雲（宇宙中稠密的區域，恒星可以在其中形成）都坐落在這個氣泡表面。
「我們計算得出，我們今天看到的本地泡，是由千萬年間15顆左右超新星的爆炸造就的。」STScl的Catherine Zucker說到。
天文學家還注意到，這個形狀奇特的泡泡並非靜態，它至今還在緩慢生長。「它大約每秒膨脹6千米，不過它已經沒有多少‘沖勁’了，一直穩定在這個速度。」Zucker說到。本地泡的擴張速度，和過去與現在在其表面新形成恒星的軌跡，是由蓋亞天文衛星（歐洲宇航局2013年發射的一個空間望遠鏡）的數據推導出來的。
「探測過程本身就是一個不可思議的故事，理論和數據在其中都非常重要。」哈佛大學教授兼天文物理中心天文學家Alyssa Goodman說到，她同時是本次所用可視化軟件glue的創始人。「我們可以用大量相互獨立的線索將我們周圍的恒星形成曆史拼接到一起。線索包括超新星模型，恒星運動，本地泡周圍詳細的三維物質分布圖。」
無處不在的泡泡
「當第一個創造本地泡的超新星爆發的時候，我們的太陽並不在場。」論文合著者，維也納大學的João Alves教授說到，「但在那500萬年後，太陽在銀河系中運動的軌跡正好插進了這個泡泡，而現在，太陽碰巧幾乎就在這個泡泡的正中央。」
今天，當人類從太陽附近向外窺視太空時，可以看到在氣泡表面周圍發生的恒星形成過程。在觀賞這部恒星大片時，我們碰巧坐在了座位的最前排。
天文學家在近50年前首次提出超級泡泡在銀河系中無處不在的理論。「現在，我們有證據了，我們在這些氣泡正中間的幾率是多少？」Goodman問。她解釋說，從統計學上講，如果這樣的泡泡在銀河系中不常見，那麼我們在它正中間的概率就會很小。
Goodman用有洞的瑞士奶酪來類比銀河系，銀河系就是奶酪，而其中的洞是被瀕死恒星產生的超新星爆炸炸開的，而在這些洞的邊緣，死去的恒星給新的恒星提供了形成條件。
接下來，包括合著者和哈佛大學博士生Michael Foley在內的研究小組計劃繪制更多的星際氣泡圖，以獲得包含它們位置、形狀和大小的完整三維視圖。繪制出氣泡及其相互之間的關系，最終將使天文學家能夠理解垂死恒星在產生新氣泡以及在銀河系等星系的結構和演化中所起的作用。
Zucker有很多問題：「這些氣泡延伸到哪裏？它們如何相互作用？超級泡泡如何推動銀河系中太陽這樣的恒星的誕生？」為了獲得答案，研究小組還將繼續探究其他「本地泡」的故事。
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