“幽靈”恒星

星系之間的“幽靈”恒星發(fā)出微弱的光暈（即星系團(tuán)內(nèi)光）

科幻片中的星際迷航場(chǎng)景

在20世紀(jì)60年代的一部美國(guó)科幻電視劇中有這樣的劇情：一個(gè)家族在前往另一顆行星定居的途中迷路，最終消失于銀河系中。但有一個(gè)比這更離奇的事實(shí)：很多恒星家族（包括恒星及其行星系統(tǒng)）根本不屬于某個(gè)星系。換句話說，哪個(gè)星系都不是它們的家。

調(diào)查星系團(tuán)內(nèi)光

事實(shí)上，在那些巨大的星系團(tuán)（其中每個(gè)星系團(tuán)都由成千上萬個(gè)星系組成）之間，有無數(shù)恒星在流浪，發(fā)出幽靈般的光暈。這些恒星不受星系團(tuán)中任何星系的引力束縛。那么問題就來了：這些“幽靈”恒星當(dāng)初是怎么分散在整個(gè)星系團(tuán)里的？科學(xué)家對(duì)此有多種猜測(cè)：這些恒星是從星系團(tuán)里的一些星系中被剝離出來的；這些恒星是在星系合并后被甩出來的；很久很久以前，這些恒星在星系團(tuán)形成之初就已存在……

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱哈勃）最近進(jìn)行了一項(xiàng)紅外巡天工作，對(duì)象是星系團(tuán)內(nèi)光。在調(diào)查中，哈勃探索了10個(gè)星系團(tuán)，其中最遠(yuǎn)的星系團(tuán)距離地球近100億光年。這樣的巡天工作必須在太空中進(jìn)行，原因是星系團(tuán)內(nèi)光的亮度還不到從地球表面看見的夜空亮度的萬分之一。

星系合并（想象圖）

“幽靈”恒星早就有

哈勃發(fā)現(xiàn)，幾十億年來，星系團(tuán)內(nèi)光的亮度與星系團(tuán)亮度的比值一直穩(wěn)定。這就意味著，“幽靈”恒星在星系團(tuán)形成之初就已經(jīng)居無定所。

在環(huán)繞一個(gè)星系團(tuán)中心運(yùn)動(dòng)的一個(gè)星系穿越各星系之間的氣態(tài)物質(zhì)的過程中，星系中的恒星有可能被甩出星系。在此過程中，排斥力會(huì)把星系中的氣體和塵埃推出星系，誕生于該星系中的一些恒星由此可能被“剝離”出該星系。但根據(jù)哈勃的調(diào)查結(jié)果，科學(xué)家判定這并非是“幽靈”恒星形成的主要機(jī)制，理由是：如果“幽靈”恒星主要是從其出生地被“驅(qū)逐”出去的，那么星系團(tuán)內(nèi)光的亮度與星系團(tuán)亮度的比值會(huì)隨著時(shí)間推移而增加，但這與哈勃的觀測(cè)結(jié)果不符合。

科學(xué)家指出，一些恒星變得居無定所的確切原因仍不明朗。現(xiàn)有的一些理論無法解釋哈勃對(duì)星系團(tuán)內(nèi)光的觀測(cè)結(jié)果。看來，“幽靈”恒星在宇宙形成之初就大量存在。當(dāng)時(shí)形成的星系可能都很小，因此引力較弱，于是星系會(huì)丟失一些恒星，這些恒星就成了“幽靈”。

哈勃拍攝的兩個(gè)星系團(tuán)，其中左圖為MOO J1014+0038星系團(tuán)，右圖為SPT-CL J2106-5844星系團(tuán)。圖中，人工添加的藍(lán)色凸顯了從哈勃數(shù)據(jù)推演的星系團(tuán)內(nèi)光。這種微弱的光暈追蹤了由分散在整個(gè)星系團(tuán)中的“幽靈”恒星發(fā)出的光線。幾十億年前，這些恒星被其誕生地星系丟失，如今它們流浪在星系際空間。

圖中有色基、指向箭頭和比例尺供參考。

該圖顯示的是近紅外光。色基區(qū)分的是采集光線所用的過濾器。羅盤圖像標(biāo)明了天體在天球上的方向。其中羅盤北指向天球北極。天球北極并非是天空中的固定點(diǎn)，但它目前靠近北極星（北極星位于天極附近的小熊星座）。天球坐標(biāo)與地圖坐標(biāo)相似，但因?yàn)樘烨蛞曈X是向上看而非向下看，所以天球的東和西與地圖的相反。

圖中的比例尺有光年和秒差距。1光年是指光線在1個(gè)地球年的時(shí)間里穿行的距離，大約等于9.46萬億千米。穿行圖中整個(gè)比例尺長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的距離，光線要花10萬年。秒差距也是距離單位。1秒差距大約等于3.26光年。請(qǐng)注意圖中比例尺上的光年和秒差距都只適用于星系團(tuán)，而非適用于某個(gè)天體。

“幽靈”恒星與暗物質(zhì)

搞清“幽靈”恒星的起源有助于科學(xué)家了解整個(gè)星系團(tuán)的構(gòu)建歷史。“幽靈”恒星還可能成為包裹星系團(tuán)的暗物質(zhì)的示蹤物。暗物質(zhì)是不可見的宇宙“腳手架”，正是暗物質(zhì)支撐著星系和星系團(tuán)。

暗物質(zhì)是宇宙的“腳手架”（示意圖）

引力透鏡效應(yīng)：一個(gè)明亮紅色星系扭曲了一個(gè)遙遠(yuǎn)藍(lán)色星系發(fā)出的光

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（想象圖）

如果“幽靈”恒星是在相對(duì)近期發(fā)生的星系間“彈子游戲”中產(chǎn)生的，它們就不可能有足夠的時(shí)間來分散于星系團(tuán)的整個(gè)引力場(chǎng)中，那么也就不可能通過它們來追蹤星系團(tuán)暗物質(zhì)的分布情況。但如果“幽靈”恒星誕生在星系團(tuán)形成初期，它們就有足夠時(shí)間來分散在整個(gè)星系團(tuán)中。要真是這樣的話，科學(xué)家就能夠利用“幽靈”恒星來繪制整個(gè)星系團(tuán)的暗物質(zhì)分布圖，這是對(duì)傳統(tǒng)的暗物質(zhì)分布圖繪制方法的一個(gè)補(bǔ)充。傳統(tǒng)方法依賴于測(cè)量整個(gè)星系團(tuán)怎樣扭曲背景天體發(fā)出的光線，即探測(cè)引力透鏡效應(yīng)。