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 “恒星托儿所”首次系统调查让研究人员对恒星起源有了新见解 “天空中的每一颗恒星--包括我们的太阳--都是在这些恒星的摇篮中诞生的，”俄亥俄州立大学天文学副教授、该研究项目负责人之一Adam Leroy说道，“这些托儿所负责构建星系和制造行星，它们只是我们如何来到这里的故事中必不可少的一部分。但这确实是我们第一次完整地看到整个临近宇宙中的恒星摇篮。”据悉，这项被称为PHANGS-ALMA的研究项目能展开则得益于位于智利安第斯山脉的ALMA望远镜阵列。ALMA是世界上最强大的射电望远镜，是一个由美国国家科学基金会(National Science Foundation)和国家射电天文台(National radio Astronomy Observatory)领导的国际设施。这一设施的强大能力使研究小组能调查90个不同星系中的恒星托儿所，而以前的研究大多只关注单个星系或星系的一部分。“当光学望远镜拍照时，它们捕捉来自恒星的光。当ALMA拍摄照片时，它会看到将形成恒星的气体和尘埃发出的光芒，”俄亥俄州的博士生Jiayi Sun说道，“PHANGS-ALMA的新发现是，我们可以使用ALMA拍摄许多星系的照片，这些照片和光学望远镜拍摄的一样清晰和详细。这在以前是不可能的。”据悉，他正在完成一篇基于本月调查的论文。Leroy指出，这项调查将恒星托儿所的数据增加了10倍以上。这给了天文学家一个更准确的视角来了解我们宇宙角落里的这些托儿所是什么样子的。根据这些测量结果，他们发现恒星的孕育地在各个星系中有着惊人的多样性，从天文学角度来看，存在的时间相对较短且在形成恒星方面效率不高。这些恒星托儿所的多样性令人惊讶。“很长一段时间以来，天文学家的传统观点是，所有的恒星托儿所看起来或多或少都是一样的，”Sun说道，“但通过这项调查，我们可以看到事实并非如此。虽然有一些相似之处，但这些托儿所的性质和外观在星系内和星系间都会发生变化，就像你在世界各地旅行时，城市或树木可能在重要方面有所不同。”他还指出，如在更大的星系和星系中心的摇篮，往往密度更大、质量更大也更混乱。研究结果表明，这些云团中的恒星形成更为剧烈。“因此，这些‘摇篮’的特性甚至是它们形成恒星的能力似乎都取决于它们所在的星系，”Sun说道。调查结果还显示，这些恒星摇篮的寿命只有1000万到3000万年，这在天文学上是一个相对较短的时间。研究小组用同样的方法来测量这些恒星摇篮将气体和尘埃转化成恒星的效率，结果发现效率并不高。Leroy说道：“这项调查让我们对这些地区的生命周期有了更完整的了解，我们发现它们寿命很短、效率也很低。摧毁这些‘托儿所’的不是偶然而是它们形成的新恒星。它们是非常‘忘恩负义’的孩子。”据了解，这些年轻恒星发出的辐射和热量会开始分散并溶解云层并最终在它们转化大部分质量之前就将其摧毁。经过五年多的观察，PHANGS-ALMA小组最近完成了这项调查并在《Astrophysical Journal Supplement Series》发表了两篇论文。 外太阳系发现不寻常彗星 比典型彗星大1000倍以上科学家们在暗能量调查的6年数据中发现了一颗来自太阳系外围的巨型彗星。据估计，编号为C/2014 UN271的Bernardinelli-Bernstein彗星质量是典型彗星的1000倍，可以说它是现代发现的最大彗星。它有一个极其细长的轨道，从遥远的奥尔特云向内行进了数百万年。它是在其进入路径上被发现的最遥远彗星，使我们有多年的时间来观察它在接近太阳时的变化。  宾夕法尼亚大学两位天文学家Pedro Bernardinelli和Gary Bernstein在对暗能量调查（DES）数据进行全面搜索后发现了一颗巨型彗星。这颗彗星估计有100-200公里宽，或大约是大多数彗星直径的10倍，是太阳系早期历史中被迁移的巨行星甩出太阳系的冰冷遗物。 这张来自暗能量调查（DES）的图片是由安装在智利塞罗-托洛洛美洲天文台（CTIO）的Víctor M. Blanco 4米望远镜上的570万像素暗能量相机（DECam）所收集。这些图像显示了2017年10月的彗星，当时它的距离是25au，是海王星距离的83%。  作为世界上最高性能的宽视场CCD成像仪之一，DECam是专门为DES设计的，目前，DECam被用于涵盖巨大科学范围的项目。DES的任务是在5000平方度的夜空区域内绘制3亿个星系的地图，但在其六年的观测过程中，它也观察到许多彗星和跨海王星的天体，或称TNO，是居住在海王星轨道之外的太阳系中的冰体。 Bernardinelli和Bernstein在国家超级计算应用中心和费米实验室使用了1500-2000万个CPU小时，采用复杂的识别和跟踪算法，从DES8万次曝光中检测到的160多亿个单独的TNO，并且识别出其中800多个TNO。其中32次探测到的物体属于这个C/2014 UN271彗星。  彗星是一种冰冷的天体，当它们接近太阳的温度时就会蒸发，从而长出彗星和尾巴。2014-2018年该天体的DES图像没有显示出典型的彗星尾巴，但在小行星中心宣布其发现后的一天内，天文学家利用拉斯坎布雷斯天文台网络拍摄了Bernardinelli-Bernstein彗星的新鲜图像，发现它在过去3年里长出了彗尾，使其正式成为一颗彗星。 Ingenuity火星直升机成功完成了“自首飞以来最伤脑筋的飞行”美国宇航局周一宣布，Ingenuity火星直升机成功完成了第九次，也是团队描述为“自首飞以来最伤脑筋的飞行”。NASA将Ingenuity直升机送往火星的本身就是一场赌博。现在它正在挑战自己的极限：尽可能地快速飞行并不断达到新的高度。  美国宇航局的目标是进行一次大胆的 "高速飞行，穿越不友好的地形"，并且这次飞行会使旋翼机远离其火星车伙伴"毅力号"探测器。直升机在火星的沙地上走出了一条捷径，在第九次飞行过程中同时创造了距离、留空时间和速度的记录，它的速度达到了每秒16英尺（5米），一共飞行了166.4秒，同时拍下了下面的景观图像。与此同时，飞越区域的地形对直升机的导航系统提出了一些新的挑战，该系统是为处理相当平坦的地面而设计的。Ingenuity必须对"高坡和起伏"作出识别，其团队担心机器可能会意外地降落在一个危险的区域，因此会有“自首飞以来最伤脑筋的飞行”这样的描述。然而，美国宇航局周一的公告似乎表明，这架直升机很好地完成了任务。虽然这次飞行有风险，但对于一直被认为是高风险、高回报的技术实验来说是有意义的。这代表着Ingenuity已经克服了各种潜在的障碍，包括解决软件故障到识别飞行中的异常情况。美国宇航局表示：一次成功的飞行将有力地证明这架独一无二的航空器在火星探索方面可以发挥的能力，快速穿越本来无法穿越的地形，同时侦察有趣的科学目标。 研究称自由漂浮行星的卫星可以拥有足够的水让生命演化和繁衍不绕任何恒星公转的行星的卫星可以拥有大气层并保留液态水。慕尼黑大学（LMU）的天体物理学家已经计算出，这样的系统可能藏有足够的水，使生命成为可能--并可维持生命。  水是生命不可或缺的，它使地球上的生命成为可能，也是地球上的生命系统继续存在所不可缺少的。这就解释了为什么科学家们一直在寻找宇宙中其他天体上的水的证据。然而，到目前为止，地球以外的行星上是否存在液态水还没有被直接证明。然而，有迹象表明，我们太阳系外围的几颗卫星--更具体地说，土卫二（Enceladus）和木星的三颗卫星（木卫三Ganymede、木卫四Callisto和木卫二Europa）可能拥有地下海洋。那么，在太阳系以外的行星的卫星上探测到水的前景如何？通过与智利康塞普西翁大学的研究人员合作，LMU的物理学家Barbara Ercolano教授和Tommaso Grassi博士现在已经使用数学方法来模拟围绕自由漂浮行星（FFP）轨道上的卫星的大气和气相化学。自由漂浮行星是一个不与恒星相关的行星。自由漂浮行星之所以引起人们的兴趣，主要是因为有证据表明，太阳系外有很多这样的行星。保守的估计表明，银河系拥有至少与恒星一样多的木星大小的、自由漂浮的流浪行星--而银河系本身就拥有远远超过1000亿颗恒星。Ercolano和Grassi利用一个计算机模型来模拟一个与地球相同大小的系外卫星的大气层的热结构，该系外卫星处于围绕FFP的轨道上。他们的结果表明，存在于卫星表面的水量约是我们星球的海洋总量的万分之一，但比地球大气层中的水量大100倍。这将足以使生命进化和茁壮成长。得出这一估计的模型由一个地球大小的卫星和一个木星大小的FFP组成。这样一个系统，附近没有恒星，预计将是黑暗和寒冷的。与我们的太阳系不同，没有中心恒星可以作为可靠的能量来源来驱动化学反应。相反，在研究人员的模型中，宇宙射线提供了将分子氢和二氧化碳转化为水和其他产品所需的化学动力。为了保持系统的搅拌，作者引用了行星对其月球施加的潮汐力作为热源--并且假设二氧化碳占卫星大气层的90%，由此产生的温室效应将有效地保留卫星上产生的大部分热量。这些能量来源加在一起，就足以使水保持在液态。 欧空局在国际空间站的等离子体Kristall实验在20年后仍在进行欧洲航天局（ESA）最近庆祝了欧空局宇航员在国际空间站生活和工作的20年。自从欧空局20年前抵达国际空间站以来，它一直在失重研究中心进行一项实验，且几乎全部时间都在进行。该实验被称为Plasma Kristall（PK）套件，它正在研究基础科学。  PK实验采用等离子体，在失重状态下注入细小的灰尘颗粒，将灰尘变成能够相互作用的高电荷颗粒。这些尘埃粒子相互反弹，其电荷导致粒子相互吸引或排斥。在适当的条件下，尘埃粒子可以随着时间的推移排列起来，形成一种被称为等离子体晶体的有组织结构。形成三维结构的相互作用类似于原子尺度上的大世界的运作。当激光被添加到实验中时，尘埃粒子可以被看到并记录下来，供地球上的科学家观察，提供了一种方法来查看我们甚至在使用电子显微镜时都无法看到的微观世界。  原子是研究人员模拟材料如何在原子范围内形成的一种方式，并测试和可视化各种理论。研究人员无法在地球上进行这种类型的实验，因为重力只允许进行扁平化的反应。为了看到晶体是如何构成的，必须去除重力，这就是为什么该实验在国际空间站上进行。2001年，PK-3+实验在俄罗斯Zvezda舱上开始，是在空间站上进行的第一个物理实验。该实验的后续是在2014年开始的第四个版本。到目前为止，该研究过程已经发表了大约100篇基于这些实验的论文，所获得的知识帮助科学家了解行星是如何形成的，以及其它。 缩小差距：研究人员解释了我们宇宙中缺少一些锂元素的原因在我们的宇宙中，锂的理论数量和观测数量之间存在着巨大的差异。这被称为宇宙学的锂问题，几十年来一直困扰着宇宙学家。现在，研究人员已经将这一差异减少了约10%，这要归功于一项关于负责创造锂的核过程的新实验。这项研究可能为更全面地了解早期宇宙指明了方向。  科学界有一句名言："在理论上，理论和实践是一样的。在实践中，它们是不一样的"。这句话几乎在每个学术领域都是正确的，但在宇宙学中尤其常见，即对整个宇宙的研究，我们认为我们应该看到的和我们真正看到的并不总是一致的。这主要是因为许多宇宙学现象由于无法接触到而难以研究。宇宙学现象通常是我们无法触及的，因为涉及到极端的距离，或者往往在人类大脑进化到首先担心它们之前就已经发生了 - 大爆炸就是这种情况。来自东京大学核研究中心的项目助理教授Seiya Hayakawa和讲师Hidetoshi Yamaguchi以及他们的国际团队对宇宙学的一个领域特别感兴趣，在这个领域中，理论和观测非常不一致，这就是缺失的锂的问题，即宇宙学锂问题（CLP）。简而言之，理论预测，在创造了宇宙中所有物质的大爆炸之后的几分钟内，应该有比我们实际观察到的多三倍左右的锂的丰度。但是Hayakawa和他的团队解释了这一差异的一部分，并因此为有一天可能完全解决这一问题的研究铺平了道路。Hayakawa表示："137亿年前，随着物质从大爆炸的能量中凝聚起来，我们都认识的常见轻元素--氢、氦、锂和铍--在一个我们称之为大爆炸核合成（BBN）的过程中形成。"然而，BBN并不是一个直接的事件链，一个东西依次变成另一个东西；它实际上是一个复杂的过程网络，质子和中子的杂乱无章建立了原子核，其中一些衰变为其他原子核。例如，一种形式的锂，或同位素--锂-7的丰度，主要是由铍-7的产生和衰变而来。但它要么在理论上被高估，要么在现实中观察不足，要么是两者的结合。这如果能得到解决，便可以真正了解当年发生的事情。"锂-7是最常见的锂的同位素，占所有观测结果的92.5%。然而，尽管公认的BBN模型极其准确地预测了参与BBN的所有元素的相对数量，但预期的锂-7的数量比实际观察到的要多三倍左右。这意味着我们对早期宇宙的形成存在着知识上的空白。有几种理论和观测方法旨在解决这个问题，但Hayakawa和他的团队使用粒子束、探测器和一种被称为特洛伊木马的观测方法模拟了BBN期间的条件。"我们比以往任何时候都更仔细地研究了BBN反应之一，即铍-7和一个中子衰变为锂-7和一个质子。由此产生的锂-7丰度水平比预期的略低，大约低10%，"Hayakawa说。"这是一个非常难以观察的反应，因为铍-7和中子是不稳定的。因此，我们使用了氘核，一个带有额外中子的氢核，作为一个容器，在不干扰铍-7光束的情况下将中子'偷渡'到其中。这是一项独特的技术，由该天文研究团队合作的一个意大利小组开发，其中氘核就像希腊神话中的特洛伊木马，而中子就是潜入坚不可摧的特洛伊城而不惊动守卫的士兵（破坏样品的稳定性）。新的实验结果可以为未来的理论研究人员在试图解决CLP时提供一个稍微不那么艰巨的任务。   Science视频号  按此关注微信视频号 Science科学 了解未知 开启认知  按此关注中文公众号 Science科学英语平台 THE SCIENCE OF EVERYTHING  按此关注英文公众号 TechEdge 科技 点亮未来  按此关注中文公众号  ◢ 豁然开朗请打赏 ◣  分享“票圈”，逢考必过，点亮“在看”SCI录用率提高18%  |
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