天文學家拍攝到宇宙中已知最大恆星有史以來最清晰的照片


天文學家利用智利8.1米雙子座南方望遠鏡的功能,獲得有史以來最清晰的R136a1恆星照片,這是宇宙中已知的最大的恆星,挑戰了我們對最大質量恆星的理解,並顯示它們可能不像以前想像的那麼大。

天文學家尚未完全了解最大質量的恆星(指質量超過太陽一百倍的恆星)是如何形成。這個難題中一個特別具有挑戰性的部分是獲得對這些巨星的觀測,這些巨星通常居住在塵埃籠罩的星團密集的中心。巨星也活得快,死得早,只用幾百萬年就消耗完它們的燃料儲備。相比之下,我們的太陽還不到它的一百億年壽命的一半。密集的恆星、相對較短的壽命和巨大的天文距離相結合,使得區分星團中的單個大質量恆星成為一項艱鉅的技術挑戰。

通過國際雙子座天文台的雙子座南望遠鏡上的佐羅儀器(Zorro,狐狸的意思,是一對基於差分散斑測量儀器,它們具備相同快速、低噪聲、雙通道和雙板級成像儀)的功能,天文學家獲得R136a1的最清晰影像。這顆巨大的恆星是R136星團的成員,該星團距離地球約十六萬光年,位於銀河系的矮伴星系大麥哲倫星雲中的蜘蛛星雲(Tarantula Nebula)中心。

先前的觀察顯示,R136a1的質量大約是太陽質量的250到320倍。然而,用新的佐羅儀器觀測發現,這顆巨星的質量可能只有太陽質量的170到230倍。即使有這個較低的估計,R136a1仍然有資格成為已知質量最大的恆星。

天文學家能夠通過將觀測到的亮度和溫度與理論預測進行比較來估計恆星的質量。更清晰的佐羅圖像使美國國家科學基金會的天文學家維努·卡拉里(Venu M. Kalari)團隊能夠更準確將R136a1的亮度與其附近的恆星伴星區分開來,這導致對它的亮度和質量估計較低。

觀測結果對宇宙中比氦重的元素起源產生了影響。這些元素是在天文學家稱之為對不穩定超新星的事件中,質量超過太陽150倍的恆星發生災難性爆炸死亡時產生。如果R136a1的質量比之前想像的要小,那麼其它大質量恆星也可能如此,因此配對不穩定超新星可能比預期的要少。

天文學家之前曾經使用哈勃太空望遠鏡和各種地面望遠鏡觀測R136a1的星團,但這些望遠鏡都無法獲得足夠清晰的照片來識別附近星團的所有單個恆星成員。

佐羅儀器儀是過使用一種稱為散斑成像的技術,能夠超越先前觀測的分辨率,這使得地面望遠鏡能夠克服地球大氣層的大部分模糊效應。通過拍攝數千張明亮物體的短曝光圖像並仔細處理數據,可以消除幾乎所有這些模糊。這種方法,以及自適應光學的使用,可以顯著提高地面望遠鏡的分辨率,正如該團隊對R136a1的觀測表明的那樣。

今次的結果證明,在適當的條件下,一台8.1米的望遠鏡在角分辨率方面不僅可以與哈勃太空望遠鏡相媲美,還可以與韋伯太空望遠鏡相媲美。操作佐羅儀器的科學家表示,觀測結果突破了散斑成像認為可能的邊界。

美國國家科學基金會項目經理馬田·史兆耳(Martin Still)指出,這是又一個一流團隊使用先進的設施時可以完成的科學壯舉的例子。

【圖:國際雙子座天文台文;節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在2022年8月11日出版的 arXiv 論文預印本網站;標題是:Resolving the core of R136 in the optical

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