藏有青春永駐秘密的M4星團

極亮超新星（super-luminous supernova）是近年來發現的新型爆發現象，比一般超新星（supernova）亮十到百倍，但究竟是什麼物理機制造成如此璀璨的亮度，目前科學界還沒有定論。由英國貝爾法斯特女王大學（Queen’s University Belfast）領導的跨國合作團隊，認為極亮超新星的能量來源，極可能是磁星(magnetar)：一種擁有強烈磁場且一秒內旋轉數百次的快速自轉中子星（neutron star）。該團隊今日在國際知名期刊《自然》（Nature）上，發表了這份重要研究。

超新星是巨質量恆星演化到末期時的劇烈爆炸現象，經由爆發將產生的重元素拋入星際空間中，這些元素豐富了宇宙的化學組成，更組成了你我，或許這就是我們這麼熱切地尋找這些珍貴爆發的契機。當然，還有一個更重要的原因，就是它們很明亮—比太陽亮數十億倍，因此很多業餘天文學家用小型望遠鏡即可投入尋找超新星的行列，他們監測很多鄰近星系，夜復一夜，將新取得的影像與舊的影像對減，並通報給國際天文聯合會（IAU）可能的超新星候選者。

近幾年來，全世界大型的巡天計畫如火如荼地展開對全天空的監測，其中，座落於夏威夷Haleakala山，擁有全世界最大的數位相機的泛星（Pan-STARRS）計畫，其單幅曝光影像的範圍相當於35倍滿月的面積，對尋找超新星有驚人的貢獻，平均每年可以發現超過百顆超新星。泛星計畫屏除了傳統超新星巡天的選擇效應，並非針對單一的高表面亮度或漩渦星系逐一搜尋，而是進行無偏差的全天監測，因此發現了這種全新類型的極亮超新星，其偏好在矮星系（dwarf galaxy）環境中產生，也是傳統巡天策略下，不易偵測的部分。

一些理論物理學家認為，這類超新星的爆發來自於宇宙中質量最大的恆星，演化到生命終點時，產生類似原子彈的爆炸，這個原子彈有如三千萬倍的地球大小、或一百倍太陽質量，將整個恆星炸得粉身碎骨，也就是所謂的不穩定對超新星（pair-instability supernova）。貝爾法斯特女王大學帶領的國際合作團隊，利用泛星計畫望遠鏡與其他世界各地的大型天文台，追蹤觀察兩顆極亮超新星的光度變化情況，取得超過一年的完整觀測資料。然而，根據收集到的寶貴資料，並不支持上述超巨質量恆星的假設，研究團隊提出快速自轉的磁星模型，更能解釋極亮超新星現象。

該論文第一作者Matt Nicholl解釋：「我們知道當巨質量恆星演化到生命末期時，它的外層劇烈拋出成為超新星，而中間核心則塌縮成中子星。中子星是一種質量相當於太陽，但體積卻僅有數十公里的高密度天體。我們認為，在一些條件下，有些中子星擁有非常強烈的磁場，並且自轉非常快速，一秒鐘可旋轉三百次。當其自轉減速時，將轉動的能量經由磁場轉移給超新星，造成其比一般超新星明亮。此理論模型吻合我們所觀測到的資料。」

其指導教授、團隊主持人Stephen Smartt教授補充道：「極亮超新星真是很特殊的超新星！正因它們如此明亮，我們可以利用它們來當作照亮遙遠宇宙的火炬。光以等速在空間中旅行，也就是說當我們看得越遠，就是看到越久遠的過去。藉由了解這些炫目的爆發過程，我們可以探查宇宙剛誕生不久後的樣貌。我們的目標是在早期宇宙尋找這類超新星，偵測第一代恆星的形成，並了解它們如何產生宇宙中第一代的化學元素。」

欲參閱發表在自然期刊的論文，請點選連結：

無法下載者請參考：astro-ph

發稿單位：英國貝爾法斯特女王大學（經原作者同意轉譯）
編譯者：陳婷琬（該篇「自然」期刊論文的共同作者，現為英國貝爾法斯特女王大學博士候選人）

資料來源：Queen’s University Belfast scientists solve riddle of brightest exploding stars in the universe[2013.10.17]

轉載自網路天文館

上圖是歐南天文台（ESO）位在智利的La Silla觀測站MPG/ESO 2.2米望遠鏡加廣角相機（Wide Field Imager，WFI）所拍攝的M4星團（NGC 6121）。這個球狀星團含有數萬顆古老恆星，是迄今已知最緊密、被研究的最多的球狀星團之一。ESO天文學家近期的研究成果顯示這個星團中有顆恆星具有奇特而意外的特性，似乎藏有可青春永駐的秘密。

銀河系中已知的的球狀星團超過150個，一般認為這些球狀星團應該是在宇宙極早時期形成後遺留至今，幾乎與宇宙同壽。M4星團是最靠近地球的球狀星團之一，位在天蝎座，鄰近全天最紅的1等星—天蝎座主星心宿二。這個星團相當明亮，以雙筒望遠鏡就可輕易看到一團霧狀外貌，口徑稍大一些的業餘望遠鏡還可分辨出其中一些成員星。

此外，天文學家還利用ESO的超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）針對M4裡的恆星單獨研究，將來自成員星的星光分裂成光譜，可藉此瞭解恆星的化學組成和年齡。按標準宇宙論的推測，宇宙大霹靂時主要產生的元素主要為氫，少部分為氦，還有極少量的鋰；這些輕元素以外的其他重元素都來自後來恆星演化，經由恆星內部核融合反應而製造出來，然後隨著恆星死亡又回歸宇宙空間，成為下一代恆星的製造原料。因此，欲古老的恆星所含重元素比例愈低，愈晚期誕生的恆星所含有重元素比例愈高。

但這項新研究的結果卻發現由古老恆星組成的M4，成員星們所含重元素比例應該非常低，但其中有顆成員星所含有的鋰卻比預期的還多。鋰元素是氫氦以外的重元素中最輕的，它的來源是個謎題。因為這個元素通常會隨著恆星經歷數十億的演化後而逐漸被摧毀。但這顆恆星顯然手中持有青春永駐的秘密，要不就是有某些方式可保留原始的鋰元素，要不就是有什麼奇特的方法可補充或新製造鋰元素。天文學家目前還無法解釋這個奇特的性質，謎題仍有待解決。

資料來源：A Cluster with a Secret. ESO [5 September 2012]

轉載自 網路天文館

天文學家利用歐南天文台（ESO）超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）觀測資料所做的最新研究顯示：那些最為明亮的高質量恆星（high-mass star）並不是單獨存在，幾近四分之三的這類高質量恆星擁有伴星，這個比例遠高於先前的認知。更讓這些天文學家驚訝的是，這些高質量恆星所在的雙星系統，子星之間存有強烈的交互作用，質量會由其中一顆子星轉移到另一顆子星；其中甚至有三分之一這類高質量恆星雙星系統，最終會合併成單一恆星。相關論文發表在2012年7月27日出刊的科學（Science）期刊中。

宇宙中的恆星各式各樣、不一而足。荷蘭阿姆斯特丹大學（University of Amsterdam）天文學家Hugues Sana等人利用VLT研究O型星（O-type stars），這類恆星的質量、表面溫度和所發出的亮度都比一般恆星高很多，質量約為太陽的15倍以上，亮度是太陽的百萬倍以上，表面溫度更高達攝氏30,000度以上，是恆星中的巨獸等級。然而，也由於這些特點，使得這些發出藍白色光芒的O型星，壽命極短而劇烈，對星系演化具有關鍵作用。O型星也與被戲稱為「吸血鬼恆星（vampire stars）」的極端現象有關，這種在這種雙星系統中，較小的子星會掠奪較大子星的表面物質，到一定程度後，可能引發伽瑪射線爆發（gamma-ray burst，GRB）現象。

這些天文學家研究銀河系中6個鄰近的疏散星團中的71顆O型星，其中有些是單星，有些是雙星。分析之後發現約75%的O型星位在雙星系統中。雖然他們發現這個比例比之前認為的還高，但更重要的是：這些O型星雙星系統中，兩顆子星的距離近得足以使他們彼此間有可以交換質量或甚至合併的交互作用，也就是吸血鬼恆星的比例也遠比先前所認為的還高。

O型星只佔宇宙眾多恆星的一小部分，但常發生各式劇烈現象或爆發事件，因此對其週邊環境影響甚鉅。這些恆星巨獸所發出的強烈恆星風和震波，都會觸發或阻止周圍其他恆星的形成；它們所發出的強烈輻射則會照亮周圍的星雲；而當這些恆星走道生命終點，進而發生超新星爆炸，可讓星系中的與生命息息相關的重元素含量增加；這些O型星也與GRB這個宇宙中最劇烈的爆發現象有關。換言之，O型星是驅使星系演化的重要機制之一。上圖是含有許多明亮而熾熱的O型星的3個著名恆星形成區，最左側是船底座星雲（Carina Nebula），中間為老鷹星雲（Eagle Nebula，M16），右為IC 2944。

當一顆恆星鄰近有其他恆星時，其一生受到這些鄰近恆星的影響相當大。若雙星中兩互繞的子星靠得很近，甚至有可能合併成一顆；Sana等人估計約有20~30%的O型星最終命運會是與近鄰合併成一顆更大的恆星，而O型星合併往往引發劇烈事件。即使不合併，而是比合併溫和一點的結局，它們也會互相撕扯、剝奪近鄰的表面物質；Sana等人估計這種結局佔了約有40~50%左右，嚴重影響了這些恆星的演化。

到目前為止，天文學家絕大部分認為密近大質量雙星系統在宇宙中算是罕見現象，不過這些少數就可以解釋X射線雙星、波霎雙星或黑洞雙星等奇怪的現象。但Sana等人的研究卻顯示密近大質量雙星在宇宙中雖不是非常普遍，但也不算罕見，而星系的命運、甚至是整個宇宙的命運，幾乎是掌握在這些大質量雙星或吸血鬼恆星身上，瞭解它們是非常重要的事。

以吸血鬼恆星為例，雙星中比較小、質量比較低的恆星，是藉由吸食它近鄰表面的新鮮氫氣而回春；由於它的質量穩定增加，有了外來支援之後，不僅可比它的近鄰活得更久，而且也比同質量的單星活得更久。然而，這個身為犧牲者的近鄰，雖然原本的質量比較大，但表面物質被惡鄰不斷掠奪，害它根本沒機會變成一顆非常明亮的紅超巨星（red super giant），而是將它原本的熾熱核心一點一點暴露出來，呈現偏藍的色調，像是一顆剛誕生沒多久的年輕恆星一樣。如此一來，雙星中的兩顆子星都彷彿重生過，將讓遙遠星系中的星族表現得比原本該有的年齡還年輕；如果能得知這類高質量雙星系統的正確比例，將有助於校正這些遙遠星系的特性。

天文學家唯一能取得遙遠星系訊息的方式只有它們發出的光。如果不能全盤瞭解這些光究竟是哪種星體發出的，就不能獲得星系的完整面貌，不知道整個星系總質量究竟有多大，也不知道這個星系到底年輕到什麼地步。如果一開始的假設就是錯的，那麼最後得到的星系性質結論也不可能正確到哪去。因此，天文學家們希望透過觀測與電腦模擬，雙管齊下，瞭解高質量雙星的演化，以及高質量雙星對星系演化的影響。

資料來源：VLT finds most stellar heavyweights come in interacting pairs[2012.07.26]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

上圖是歐南天文台（ESO）位在智利的La Silla觀測站MPG/ESO 2.2米望遠鏡加廣角相機（Wide Field Imager，WFI）所拍攝的M4星團（NGC 6121）。這個球狀星團含有數萬顆古老恆星，是迄今已知最緊密、被研究的最多的球狀星團之一。ESO天文學家近期的研究成果顯示這個星團中有顆恆星具有奇特而意外的特性，似乎藏有可青春永駐的秘密。

銀河系中已知的的球狀星團超過150個，一般認為這些球狀星團應該是在宇宙極早時期形成後遺留至今，幾乎與宇宙同壽。M4星團是最靠近地球的球狀星團之一，位在天蝎座，鄰近全天最紅的1等星—天蝎座主星心宿二。這個星團相當明亮，以雙筒望遠鏡就可輕易看到一團霧狀外貌，口徑稍大一些的業餘望遠鏡還可分辨出其中一些成員星。

此外，天文學家還利用ESO的超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）針對M4裡的恆星單獨研究，將來自成員星的星光分裂成光譜，可藉此瞭解恆星的化學組成和年齡。按標準宇宙論的推測，宇宙大霹靂時主要產生的元素主要為氫，少部分為氦，還有極少量的鋰；這些輕元素以外的其他重元素都來自後來恆星演化，經由恆星內部核融合反應而製造出來，然後隨著恆星死亡又回歸宇宙空間，成為下一代恆星的製造原料。因此，欲古老的恆星所含重元素比例愈低，愈晚期誕生的恆星所含有重元素比例愈高。

但這項新研究的結果卻發現由古老恆星組成的M4，成員星們所含重元素比例應該非常低，但其中有顆成員星所含有的鋰卻比預期的還多。鋰元素是氫氦以外的重元素中最輕的，它的來源是個謎題。因為這個元素通常會隨著恆星經歷數十億的演化後而逐漸被摧毀。但這顆恆星顯然手中持有青春永駐的秘密，要不就是有某些方式可保留原始的鋰元素，要不就是有什麼奇特的方法可補充或新製造鋰元素。天文學家目前還無法解釋這個奇特的性質，謎題仍有待解決。

資料來源：A Cluster with a Secret. ESO [5 September 2012]

轉載自 網路天文館

英國華威大學（University of Warwick）Boris Gänsicke等人，觀測到4顆白矮星周圍有塵埃環繞，這些塵埃可能一度是類似地球的系外行星，只是已經破碎，且白矮星們正毫不客氣的正在享用這些碎屑。

白矮星是質量類似太陽的恆星們因核心核融合材料用盡、演化到生命末期時，核心部分向內收縮而形成的。利用哈柏太空望遠鏡進行白矮星大氣組成的大規模巡天觀測，總共在離太陽數百光年範圍內發現了80幾顆白矮星，其中，Gänsicke等人發現有4顆白矮星大氣中最常見的元素就是氧、鎂、鐵和矽，而地球本身有93%以上就是由這4種物質所組成。更有趣的是：白矮星大氣物質所含有的碳元素比例極低，狀況與地球及太陽系其他幾顆類地行星非常近似。

這是天文學家測量受到塵埃碎屑污染的白矮星大氣中，首度發現碳元素比例如此低的狀況。這不僅可明確證明這些白矮星曾一度擁有至少一顆岩質系外行星，只是這些岩質行星都已經被摧毀，而且這些觀察結果還呈現了這些系外世界最後的死亡階段究竟是什麼景象。

白矮星的大氣層主要由氫元素組成，有時還含有氦，大氣中若有任何氫氦以外的重元素，都會在數天之內被白矮星強大的重力拽向白矮星核心而不得見。有鑑於此，Gänsicke等人估計：要達到這4顆白矮星大氣中類似地球的這些重元素比例，必定是每秒有100萬公斤以上的物質不斷落向白矮星表面的結果。

其中一顆編號為PG0843+516的白矮星，由於大氣中的塵埃含有極其豐富的鐵、鎳與硫，使得它比其他白矮星更特別。鐵和鎳一般存在於類地行星的核心部分，這是因為夠大的行星形成過程中，由於重力而使得比較重的元素沈向核心的關係，即所謂的「分異作用（differentiation）」，地球也曾在形成之初經歷過分異作用，因此而有地核、地函和地殼的分層；而硫則因化學性質本就易於受鐵吸引，因此也會隨著鐵沈到核心去。因此，這些天文學家相信：PG0843+516不僅正在吞噬它的破碎行星的殘渣，而且是這顆或這些行星原本的核心部分。

Gänsicke等人指出：這些白矮星距離地球都在數百光年遠，但類似白矮星吞噬其周遭行星碎屑的這種劇碼，很可能未來有一天也會在我們的太陽系中上演。天文學家預估我們的太陽還有約50億年左右的壽命，因此約數十億年太陽核心的氫含量不足以繼續進行核融合反應，太陽外層大氣將逐漸膨脹形成紅巨星，逐漸將最內層的水星、金星吞沒，雖不清楚地球是否也會被變成紅巨星的太陽吞噬，不過地球即使逃過被吞噬的命運，也躲不過因太陽表面逐漸接近而使地球表面液體都被太陽炙烤後蒸發殆盡的末日結局。

當太陽逐漸從紅巨星階段轉變到白矮星階段時，將會隨外層大氣膨脹、逸散到太空中而損失大量質量，所有行星也會被推離原本的位置。這將導致行星軌道變得不穩定而引起互撞，如同太陽系誕生之初那段不穩定時期一樣。這個過程可能讓所有的岩質行星被毀，形成大量小行星，有一部份小行星便是來自原本岩質行星核心。在我們太陽系中，木星可能可以在這場浩劫中倖免於難，並將因行星破碎後形成的小行星、或是原本就存在的小行星彈向變成白矮星的太陽。

資料來源：Four white dwarf stars caught in the act of consuming ‘earth-like’ exoplanets[2012.05.03]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

上圖是歐南天文台（ESO）位在智利的La Silla觀測站MPG/ESO 2.2米望遠鏡加廣角相機（Wide Field Imager，WFI）所拍攝的M4星團（NGC 6121）。這個球狀星團含有數萬顆古老恆星，是迄今已知最緊密、被研究的最多的球狀星團之一。ESO天文學家近期的研究成果顯示這個星團中有顆恆星具有奇特而意外的特性，似乎藏有可青春永駐的秘密。

銀河系中已知的的球狀星團超過150個，一般認為這些球狀星團應該是在宇宙極早時期形成後遺留至今，幾乎與宇宙同壽。M4星團是最靠近地球的球狀星團之一，位在天蝎座，鄰近全天最紅的1等星—天蝎座主星心宿二。這個星團相當明亮，以雙筒望遠鏡就可輕易看到一團霧狀外貌，口徑稍大一些的業餘望遠鏡還可分辨出其中一些成員星。

此外，天文學家還利用ESO的超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）針對M4裡的恆星單獨研究，將來自成員星的星光分裂成光譜，可藉此瞭解恆星的化學組成和年齡。按標準宇宙論的推測，宇宙大霹靂時主要產生的元素主要為氫，少部分為氦，還有極少量的鋰；這些輕元素以外的其他重元素都來自後來恆星演化，經由恆星內部核融合反應而製造出來，然後隨著恆星死亡又回歸宇宙空間，成為下一代恆星的製造原料。因此，欲古老的恆星所含重元素比例愈低，愈晚期誕生的恆星所含有重元素比例愈高。

但這項新研究的結果卻發現由古老恆星組成的M4，成員星們所含重元素比例應該非常低，但其中有顆成員星所含有的鋰卻比預期的還多。鋰元素是氫氦以外的重元素中最輕的，它的來源是個謎題。因為這個元素通常會隨著恆星經歷數十億的演化後而逐漸被摧毀。但這顆恆星顯然手中持有青春永駐的秘密，要不就是有某些方式可保留原始的鋰元素，要不就是有什麼奇特的方法可補充或新製造鋰元素。天文學家目前還無法解釋這個奇特的性質，謎題仍有待解決。

資料來源：A Cluster with a Secret. ESO [5 September 2012]

轉載自 網路天文館