北京大学科研团队在球状星团年轻星族研究中取得突破

球状星团是宇宙中最为简单且十分耀眼的恒星集合体，它包含着成千上万颗恒星。天文学家们一直认为球状星团中的恒星是同时形成的，它们的年龄十分相近，犹如“同班同学”。然而后来科学家们在球状星团中发现了数量众多且相对大部分成员显得更年轻的恒星成分，使得这一看法遭到了挑战。到底球状星团中那些年轻的恒星是如何形成的？由北京大学科维理天文与天体物理研究所和中国科学院国家天文台领衔的科研团队，与美国西北大学和阿德勒天文馆的天文学家合作，对这一长久以来的疑难作出了解释。利用哈勃太空望远镜的观测数据，该团队首次发现了中等年龄球状星团可以靠自身引力俘获外部气体来成批形成年轻恒星。这一发现突破了球状星团仅依赖内部气体循环来形成下一代恒星的理论。这一突破性成果于1月28日发表于Nature杂志。

“这一研究为星团中多成分的恒星该如何形成提供了新的观点”，领导这一工作的李程远在北京大学科维理研究所和中国科学院国家天文台学习并获得北京大学理学博士学位，现就任中国科学院紫金山天文台研究员。他说：“我们的研究表明，形成这些年轻恒星的气体来源于星团外部。形象地说，这些相对年轻的恒星似乎是由星团后来俘获的气体生成并寄生在球状星团中，而非星团自身孕育”。

“把年轻恒星来源归结为星团的外部环境的理论解释，是取代传统认知的最好的方案”， 来自北京大学教授Richard de Grijs（李程远博士的导师）这样告诉我们：“这使得球状星团的演化行为变得比预料的更加复杂”。

银河系的球状星团都十分年老。为了研究更为年轻的样本，该研究团队对银河系外的两个卫星星系，即大、小麦哲伦星云中的中等年龄星团进行了筛查。团队在研究工作中关注的是大麦哲伦星云中编号为NGC1783、NGC1696，小麦哲伦星云中编号为NGC411的三个特征突出的星团。通过精确测量和仔细分析这些星团中恒星的亮度和颜色，他们得到了可靠的结论。以星团NGC1783为例，其大部分的恒星年龄都在约14亿年左右，而新形成的两批恒星年龄分别约为4亿5000万年和8亿9000万年。

“为什么会存在这些年轻的恒星呢？传统的解释是，这些星团一开始就留有足够的气体，在形成了第一批恒星之后又继续形成了下两批恒星。但存在的疑问是，第一批恒星中的大质量成员会快速演化产生强烈的星风，最后爆发成超新星，这些过程会将剩余的原初气体迅速吹走，使得星团中的恒星形成过程不会超过1000万年。”国家天文台的邓李才研究员（李程远博士另一位导师）详细地解释了星团形成的原理。

球状星团NGC1783中不同年龄恒星的颜色和亮度分布，分布在红色实线附近的黑点代表年龄约在14亿年的恒星；沿着蓝色虚线的紫色方块以及橙色背景框内的黑点，代表年龄仅为约4亿5000万年的恒星；沿着蓝色实线的绿色方块代表年龄约为8亿9000万年的恒星。这一星团明显包含有三支年龄截然不同的恒星成分。（图片由Richard de Grijs基于这一工作的数据修改生成）

在早期的研究中，人们猜想这些星团实际上是在围绕星系旋转的过程中，靠其引力势阱俘获了一些超大质量的气体云，从而形成了新的恒星。关于星团可以从外部俘获星际介质的理论可以追述到1952年，直到逾半个世纪后的今天，这一推测才获得了观测证实。Richard说：“我们的计算表明这一俘获外部气体的模型是可行的，而且看起来除了我们研究的三个星团之外，其它星团也有类似的特征。我们正在进行的工作将进一步加深和细化这个认识。”

来自北京大学科维理天文与天体物理研究所的李程远博士、Richard de Grijs教授以及来自中国科学院国家天文台的邓李才研究员是这项工作的主要作者，参与此项研究工的还有中国科学院国家天文台的新宇博士和胡义博士，以及来自美国西北大学Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics（CIERA）和物理与天文学系的Claude-André Faucher-Giguère博士、Aaron Geller博士后研究员。

编辑：江南