450万年前擦肩而过的恒星

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翻译：马啸然

校对：牧夫天文校对组

后期：王启儒

责任编辑：王启儒

原文发布于 skyandtelescope.com

在初冬的夜晚，大犬座β星（Mirzam，中名：军市一）和大犬座ε星（Adhara，中名：弧矢七）在大犬座中熠熠生辉。他们会在当地时间午夜前后出现在正南方附近，分别标记着大犬座这只大型“猎犬”的前爪和后爪。然而，如果把时钟拨回 450 万年前，它们的模样将大不相同：那时这两颗恒星离我们近得多，亮度甚至可以轻易盖过天狼星（Sirius）。更重要的是，根据科罗拉多大学 Michael Shull 领导的团队在 12 月的《天体物理学杂志》上发表的报告，这两颗恒星在我们太阳系的地盘上留下了痕迹——它们为太阳周围的气体注入了巨大的能量。

这张地图展示了位于太阳系外侧的局部星际云（Local Interstellar Clouds）。蓝色箭头显示了这些云团的移动方向。黄色箭头则指示了太阳自身的运动方向。

Credit：NASA / Adler / U. Chicago / Wesleyan

天文学家是在研究太阳系周围的星际云时关注到大犬座 β星和 ε星的。他们重点观测了距离太阳约 30 光年范围内的 15 缕由氢和氦组成的弥散气体。这些云团极度稀薄，平均每3立方厘米仅含有1个原子，但其密度大约仍是银河系星际空间平均密度的5倍。令人惊讶的是，这些原子中有相当一部分处于电离状态（即电子被剥离）。这很不寻常，因为太阳发出的高能辐射并不足以电离如此遥远的气体。

早在 20 世纪 90 年代，天文学家就提出过三颗白矮星——G191-B2B、Feige 24 和 HZ 43A——可能是电离能量的来源。白矮星是低质量恒星演化后的致密残骸，它们能辐射出大量的紫外线，其能量足以把部分氢、氦原子的电子“撬”走。

艺术家笔下的“本地泡”（Local Bubble），这是一个由超新星爆发吹出的气泡，如今恒星形成活动正发生在这个气泡的“表面”。一系列强烈的超新星爆发导致了这个巨大气泡的产生，其内部的热气体至今仍在产生电离辐射。

Credit：Center for Astrophysics / Leah Hustak (STScI)

不过，白矮星并不是唯一的“能量供应”。同样在90年代，天文学家还确认了本地泡（Local Bubble）的存在：这是一个由超新星爆发形成的、充满高温气体的巨大空泡，包围着本地星际云，尺度可达300光年，并能发出大量紫外光子。此外，大犬座中的两颗巨星——大犬座β与大犬座ε——也同样能提供强烈的电离紫外辐射。

大犬座（Canis Major）包含位于狗的“前腿”末端的巨星——大犬座 β星。大犬座 ε星则位于“后腿”的末端。

Credit：Till Credner / Wikimedia Commons

要弄清这些不同来源各自贡献了多少并不容易。Shull 形容这像一幅“不断移动的拼图”：“太阳在运动，恒星正远离我们，云团也在漂移。”

为了得到更清晰的答案，Shull 及同事利用 Hipparcos（依巴谷）卫星修订后的距离数据，计算两颗恒星的物理性质与紫外辐射输出（更新、更精确的盖亚卫星数据反而帮不上忙，因为这两颗星太亮，超出了盖亚传感器的理想测量范围）。他们还回溯了这两颗星在过去数百万年的运动轨迹：如今它们都在400光年以外；但在450万年前，两者都曾逼近太阳到30光年以内。

当然，这仍比今天距我们约8光年的天狼星远得多。但作为 B 型恒星，大犬座β与大犬座ε的光度分别高达太阳的约2.2万到2.5万倍。对比之下，天狼星A是一颗 A0 型恒星，光度只有太阳的24倍。（天狼星 B 是天狼星 A 的白矮星伴星，由于它比其他白矮星更古老，温度也更低，因此贡献的紫外辐射并不多。）因此，在几百万年前，这两颗巨星在夜空中会亮到视星等约 –4.1，在夜空中足以与金星争辉。

天狼星 A 伴随着一颗燃尽的恒星残骸，即白矮星：天狼星 B（左下角可见）。白矮星产生的紫外线可以电离太阳附近的气体云，不过其他白矮星比天狼星 B 是更强的辐射源。

Credit：NASA / ESA / H. Bond (STScI) / M. Barstow (University of Leicester)

在计算出这两颗恒星的性质后，Shull 团队得出结论：在它们掠过太阳附近的那段时期，它们对太阳周围星际云的电离作用，与“本地泡”的贡献相当。这也就帮助解释了：为什么这些气体云能长期维持如此高的电离水平。

在这张大犬座的图像中，标注了巨星 Mirzam（军市一）和 Adhara（弧矢七），以及明亮但非巨星的天狼星（Sirius）。来自 Mirzam 和 Adhara 的紫外线辐射可能在大约 450 万年前它们经过太阳附近时，电离了周围的气体云。

Credit：Jan Hattenbach

太阳周围的电离历史可能对我们自己的星球有着深远的影响。太阳附近的这些星际云像盾牌一样，能在一定程度上屏蔽地球，抵挡银河系中高速穿行的高能粒子——否则这些粒子会破坏地球高层大气中的臭氧层。臭氧层一旦削弱，就会让太阳辐射中能量较低、但同样有害的紫外线更容易抵达地表。

未直接参与该研究的科罗拉多大学天文学家 Jeffrey Linsky 表示：“太阳所处的星际环境变化，可能会对地球生命演化产生重要影响。”他认为这篇新论文是我们理解本地空间区域历史的一项关键进展，并可能对地球气候带来重要启示。

同样未参与研究的卫斯理大学天文学家 Seth Redfield 补充道：“尽管这次近距离掠过发生在数百万年前，但有趣的是，我们今天仍能从本地星际介质的性质中看到它的影响。”这也让他不禁发问：“我们周围还留下些什么更早的相遇证据？而未来我们的宇宙邻域又将迎来哪些新的邂逅？”

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来源: Reddit

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