球狀星團(tuán)是宇宙中最為簡(jiǎn)單且十分耀眼的恒星集合體，它包含著成千上萬(wàn)顆恒星。天文學(xué)家們一直認(rèn)為球狀星團(tuán)中的恒星是同時(shí)形成的，它們的年齡十分相近，猶如“同班同學(xué)”。然而后來(lái)科學(xué)家們?cè)谇驙钚菆F(tuán)中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多且相對(duì)大部分成員顯得更年輕的恒星成分，使得這一看法遭到了挑戰(zhàn)。到底球狀星團(tuán)中那些年輕的恒星是如何形成的？由北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，與美國(guó)西北大學(xué)和阿德勒天文館的天文學(xué)家合作，對(duì)這一長(zhǎng)久以來(lái)的疑難作出了解釋。利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了中等年齡球狀星團(tuán)可以靠自身引力俘獲外部氣體來(lái)成批形成年輕恒星。這一發(fā)現(xiàn)突破了球狀星團(tuán)僅依賴內(nèi)部氣體循環(huán)來(lái)形成下一代恒星的理論。這一突破性成果于1月28日發(fā)表于Nature雜志。

“這一研究為星團(tuán)中多成分的恒星該如何形成提供了新的觀點(diǎn)”，領(lǐng)導(dǎo)這一工作的李程遠(yuǎn)在北京大學(xué)科維理研究所和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)學(xué)習(xí)并獲得北京大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)就任中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員。他說(shuō)：“我們的研究表明，形成這些年輕恒星的氣體來(lái)源于星團(tuán)外部。形象地說(shuō)，這些相對(duì)年輕的恒星似乎是由星團(tuán)后來(lái)俘獲的氣體生成并寄生在球狀星團(tuán)中，而非星團(tuán)自身孕育”。

“把年輕恒星來(lái)源歸結(jié)為星團(tuán)的外部環(huán)境的理論解釋，是取代傳統(tǒng)認(rèn)知的最好的方案”， 來(lái)自北京大學(xué)教授Richard de Grijs（李程遠(yuǎn)博士的導(dǎo)師）這樣告訴我們：“這使得球狀星團(tuán)的演化行為變得比預(yù)料的更加復(fù)雜”。

銀河系的球狀星團(tuán)都十分年老。為了研究更為年輕的樣本，該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)銀河系外的兩個(gè)衛(wèi)星星系，即大、小麥哲倫星云中的中等年齡星團(tuán)進(jìn)行了篩查。團(tuán)隊(duì)在研究工作中關(guān)注的是大麥哲倫星云中編號(hào)為NGC1783、NGC1696，小麥哲倫星云中編號(hào)為NGC411的三個(gè)特征突出的星團(tuán)。通過精確測(cè)量和仔細(xì)分析這些星團(tuán)中恒星的亮度和顏色，他們得到了可靠的結(jié)論。以星團(tuán)NGC1783為例，其大部分的恒星年齡都在約14億年左右，而新形成的兩批恒星年齡分別約為4億5000萬(wàn)年和8億9000萬(wàn)年。

“為什么會(huì)存在這些年輕的恒星呢？傳統(tǒng)的解釋是，這些星團(tuán)一開始就留有足夠的氣體，在形成了第一批恒星之后又繼續(xù)形成了下兩批恒星。但存在的疑問是，第一批恒星中的大質(zhì)量成員會(huì)快速演化產(chǎn)生強(qiáng)烈的星風(fēng)，最后爆發(fā)成超新星，這些過程會(huì)將剩余的原初氣體迅速吹走，使得星團(tuán)中的恒星形成過程不會(huì)超過1000萬(wàn)年。”國(guó)家天文臺(tái)的鄧?yán)畈叛芯繂T（李程遠(yuǎn)博士另一位導(dǎo)師）詳細(xì)地解釋了星團(tuán)形成的原理。

球狀星團(tuán)NGC1783中不同年齡恒星的顏色和亮度分布，分布在紅色實(shí)線附近的黑點(diǎn)代表年齡約在14億年的恒星；沿著藍(lán)色虛線的紫色方塊以及橙色背景框內(nèi)的黑點(diǎn)，代表年齡僅為約4億5000萬(wàn)年的恒星；沿著藍(lán)色實(shí)線的綠色方塊代表年齡約為8億9000萬(wàn)年的恒星。這一星團(tuán)明顯包含有三支年齡截然不同的恒星成分。（圖片由Richard de Grijs基于這一工作的數(shù)據(jù)修改生成）

在早期的研究中，人們猜想這些星團(tuán)實(shí)際上是在圍繞星系旋轉(zhuǎn)的過程中，靠其引力勢(shì)阱俘獲了一些超大質(zhì)量的氣體云，從而形成了新的恒星。關(guān)于星團(tuán)可以從外部俘獲星際介質(zhì)的理論可以追述到1952年，直到逾半個(gè)世紀(jì)后的今天，這一推測(cè)才獲得了觀測(cè)證實(shí)。Richard說(shuō)：“我們的計(jì)算表明這一俘獲外部氣體的模型是可行的，而且看起來(lái)除了我們研究的三個(gè)星團(tuán)之外，其它星團(tuán)也有類似的特征。我們正在進(jìn)行的工作將進(jìn)一步加深和細(xì)化這個(gè)認(rèn)識(shí)?！?/p>

來(lái)自北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所的李程遠(yuǎn)博士、Richard de Grijs教授以及來(lái)自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的鄧?yán)畈叛芯繂T是這項(xiàng)工作的主要作者，參與此項(xiàng)研究工的還有中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的新宇博士和胡義博士，以及來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics（CIERA）和物理與天文學(xué)系的Claude-André Faucher-Giguère博士、Aaron Geller博士后研究員。

編輯：江南