[科普中国]-超高速恒星

超高速恒星，指的是一类速度很高的恒星，高到能够脱离银河系引力的束缚，未来将飞出我们的银河系。经过几千万或上亿年的运行，远离银河系中心，被天文学家观测到。它会继续自己孤独却未必寂寞的旅途，奔向宇宙深处，并像其它恒星一样在此过程中演化到生命终点。

详细介绍由于太空的广袤无穷，星星们看起来就像天体的固定装置一样，在夜空中纹丝不动。事实上，恒星一直在宇宙中快速移动，有的移动速度可达每秒数千甚至数万公里。天文学家发现，在银河系中存在着无数此类的超高速恒星，它们大多是从黑洞中心被抛射出来，然后逃离银河系。如果有两个超大质量黑洞相互作用，甚至可能会抛射出超级超高速恒星，速度甚至可达三分之一光速。迄今为止，科学家共发现约二十多颗超高速恒星，他们甚至猜想，这些恒星可能会充当外星生命的星际运输车。

这种超高速恒星的速度大约是世界上最快速火车运行速度的十万倍，是人类历史上最高速宇宙飞船飞行速度的一千倍，也就是说，在你穿上袜子的瞬间，这些恒星已经环绕地球转了好几圈。总之，速度快得惊人。一些天体物理学家指出，按道理这些恒星可以移动得更快一些——甚至接近光速。由于这些超高速恒星可能拥有自己的行星，从而令科学家猜想，恒星可能充当着外星生命的星系际运输机的角色。但是，你不用设想能够发现可逃逸出银河系的恒星。每秒一千公里左右的速度已经非常快了，足够令一颗恒星冲入广袤寂寞的太空中。大约在10年前，科学家才发现这些被称为超高速的恒星，迄今为止共发现大约二十多颗超高速恒星，正在逃离银河系。科学家还在努力寻找更多这样的恒星。

尽管被冠以超高速恒星之名，但是这些恒星并非是目前已知移动速度最快的恒星。移动速度最快的头衔当属于银河系中心超大质量黑洞周围高速旋转的恒星，其中一颗的速度高达每秒12000公里。由于这些巨型黑洞的重量是太阳的四百万倍，因此其附近的恒星即使移动速度如此之高，也无法逃离黑洞的引力。然而，这些恒星在将超高速恒星踢出银河系的过程中，发挥了不可或缺的作用。1988年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室天体物理学家杰克-希尔描述了一次假想性相遇，即一个超大质量黑洞与一个双星系统相遇。在双星系统中，两颗恒星会互相环绕旋转。希尔意识到，如果双星靠得太近，与黑洞的重力之舞将会把其中一颗恒星以每秒数千公里的速度抛出。于是，他将这些被放逐的恒星称之为超高速恒星。与此同时，黑洞会将另一颗恒星拉入一个紧凑的轨道。

研究这些超级超高速恒星，有利于太空探索。通过关联恒星的年龄与其移动速度，科学家可以估算出恒星在宇宙中穿行的距离，从而为测量宇宙空间距离提供了一种新思路。这些超级超高速恒星还犹如一盏指路明灯，预示了两个超大质量黑洞的融合。欧洲航天局电子情报卫星预定于2028年发射，届时将可探测这些黑洞剧烈碰撞所产生的重力波。

科学家确信，这些恒星的一小部分将变得速度更快。如果一个超大质量黑洞迅速旋转，一颗恒星随之绕同一方向沿轨道转动，随之而来的第二个黑洞将以近光速的速度将这颗恒星抛射出去。亚光速恒星将成为最终的航天员，快速穿过广袤的星际空间。一颗行星可以绕这些恒星轨道运行，如果轨道足够紧凑——相比较地球与太阳之间的距离——这颗行星就能在星系的驱逐中存活下来。古拉什表示，由于黑洞附近的恶劣环境，生命很难进化下去。即便有这种可能，这些恒星将成为外星生命穿梭星系之间的一个工具。不需要任何昂贵的宇宙飞船。

恒星基本知识本身能发出光和热的天体，如太阳。过去认为这些天体的位置是固定不动的，所以叫恒星。实际上恒星也在运动。

恒星是宇宙空间中自身能发光，并由炽热气体组成的天体。由于离我们太远，看上去只是一个发光的小亮点。恒星并非恒定不动，但由于离我们太遥远，短时间觉察不到它的运动和位置的变化，故名恒星。肉眼可见的恒星约有6000多颗，通过望远镜可观测到更多更暗的恒星。按其亮度变化可分为变星、耀星、新星、超新星；按其光度分，光度大的称为巨星、超巨星，光度小的称为矮星；按颜色划分，则有红星、蓝星；按光谱型可分为O、B、A、F、G、K、M型。根据视差位移原理等方法可测定恒星的距离，已测定距离的恒星数量并不多，其中太阳是离我们最近的一颗恒星。不同的恒星物理性质差异很大，有的恒星光度是太阳的几十万倍；有的则是几十万分之一；有的恒星体积比太阳大10亿多倍；有的小到和小行星体积相似。一般来说，恒星质量都很大，相互差异不像体积和光度那样悬殊；而恒星的密度、表面温度、颜色和光谱特征均有很大差异。像太阳一样，恒星都有自转运动，由于观测上的困难，精确测定了自转周期的恒星并不多。恒星可按其在天球上的视位置划分为“星座”，通常在星座名称后加一希腊字母或数字表示恒星名称；有的恒星有专名，这主要是为寻找和观测恒星方便而设立1。

从对大量恒星的分析研究发现：恒星的大小相差非常悬殊，大的非常大，如仙王星座的VV星的主星，直径可比太阳直径大2000多倍，而小的又非常小，如一颗中子星直径只有20～30公里左右。恒星的质量却很相近，多数恒星质量为太阳质量的0.5～5倍之间，少数在1/30～70倍之间，比起大小的差异就小得多了。因而恒星的密度相差极大，大的极大，如中子星密度是水的10万亿倍，即1亿吨/（厘米）；小的极小，如心宿二密度只有水的百万分之一，还不到地球表面空气密度的千分之一。常用绝对星等（参考“星等”）来表示恒星的发光能力（即光度），光度小的恒星叫矮星（如太阳是矮星），光度大的叫巨星，更大的叫超巨星，表面辐射的能量最多。恒星的颜色也各不相同，这反映了它们的温度不同。发红橙色的恒星，温度偏低约2000～4000度，发蓝白色的，温度可达几万度。太阳温度居中约6000度，发黄色。

恒星的种类很多，根据它们不同方面的特性而分类。亮度起伏变化的恒星叫变星，引起变化的原因各不相同而得到不同的名称。有的由几何位置变化引起，如两个恒星互相绕转，产生相互掩食而引起亮度变化叫食变星（或叫交食双星）。多数变星是由本身的物理原因引起亮度的变化，一种星体内有一会儿膨胀、一会儿收缩的周期性变化而引起亮度变化叫脉动变星。另一种变星由于星体本身的爆发而使亮度突然激增叫爆发变星。爆发变星中根据爆发的情况分为：新星——几天之内亮度突然增加9个星等以上，然后逐渐下降恢复；超新星——亮度变化超过17个星等的变星，爆发后恒星瓦解，成为星云或白矮星、中子星、黑洞。如：1054年金牛座超新星爆发最亮时比金星还亮，目前剩下超新星星云（叫蟹状星云）和一颗中子星，中子星是几乎完全由中子构成的恒星，它具有短周期的脉冲辐射又叫脉冲星；黑洞是理论预言的一种特殊天体，它具有强大的吸引力，任何东西包括光子只要进去就再也出不来。所以这个天体不可能被看到。目前认为天鹅座X-1可能是黑洞的天体，白矮星是温度很高的发白色的矮星，体积很小，密度很大。不少恒星不是单独存在，而是两颗以上的恒星离得很近，相互之间有作用力的恒星集团。如果两颗恒星相互有物理联系，在引力作用下彼此互相绕转叫物理双星；如果三、五个互相有物理联系的恒星组成多重恒星系统叫聚星。如大熊星座中的开阳星是七颗恒星组成的系统，是七合星；如果十颗以上恒星组成的具有物理联系的恒星集团叫星团，如金牛座中昴星团，肉眼可看见七颗，实际上它是由200多颗星组成的星团2。

研究展望超高速星作为研究银心大质量黑洞、银河系暗物质晕的结构以及银河系引力势模型等问题的有力工具，越来越受到人们的关注。近年天文学家在搜寻超高速星，研究它们可能的产生机制以及利用超高速星样本研究银河系引力势模型等方面开展了很多工作。本文首先总结了最早发现的颗超高速星的研究成果，其次总结了系统搜寻早型大质量超高速星、晚型小质量超高速星以及处于恒星演化晚期的型超高速星的研究成果。从年发现第一颗超高速星到现在，超高速星搜寻领域取得了很多重要的成果，未来仍有许多需要开展的工作。第一，超高速星的发现非常依赖自行和距离测量的精度，因此，更高精度自行和距离的测量是未来超高速星搜寻领域需要不断研究和解决的问题。第二，对己发现的超高速星候选体进行光谱证认也是很重要的工作，通过多次观察可以解决很多目前尚不清楚的问题。比如它们是否是双星，如果能够从中发现超高速双星，将证明确实存在能够从银河系逃逸的超高速双星。第三，目前己经发现的超高速星及候选体以晚型和型恒星为主，今后有可能在更广的颜色和距离范围内寻找和发现超高速星。第四，利用在建的或者已经建成的望远镜获取数量更大的光谱数据，并从中全面地搜寻各种类型的超高速星3。

逃离银河系据国外媒体报道，在银河系的边缘，一些恒星由于高速运行所产生的巨大能量，几乎可以使它们脱离引力的束缚，从而逃离银河系。一直以来，物理学家们都认为大多数恒星都是通过银河系中央的一个巨大的黑洞而获得加速度。然而，最新的一项研究表示，事实可能并非如此，这也极大的挑战了物理学家们对于恒星和暗物质的认知。研究发现约20多颗超高速恒星正逐渐脱离银河系，并且首次发现了存在两颗相互环绕运行的双星也是以如此的超高速运行。

高速运行的恒星一直被认为是受到银河系中央巨大黑洞的影响，由于近距离的相互作用力而获得加速度，在这样的相互作用力下，双星系统极难形成，如今的这项发现无疑对以往的认知带来了巨大的挑战。这个被命名为PB3877的系统在2011年被首次确认为存在超高速恒星。来自埃尔朗根-纽伦堡大学及加州理工大学的天文学家们在对该恒星进行了更深入的观察研究后发现，事实上这是两颗恒星。

加州理工大学的TomasKupfer博士认为我们惊讶的发现，微弱的吸收线并不是来自高温恒星，低温的伴星反而像个主导的高温恒星那样，表现出极高的视向速度。这个双星系统中，高温的致密星表面温度达到太阳的5倍，而伴星却比太阳的温度低1000多度。UlrichHeber教授认为我们也发现了其它24颗超高速恒星，但都是一颗颗单独的恒星，从未在可见光谱中发现有伴星的存在。

这个双星系统大约位于18000光年之外，高温致密星的质量只有太阳质量的一半，伴恒星大约是太阳质量的0.7倍。令人不解的是，根据研究团队的计算分析，这样的恒星几乎不可能在银河系的中央诞生。现阶段也没有已知的机制，能够在不破坏两颗恒星相互环绕运行轨道的前提下，还能使它们加速到如此高速。团队成员EvaZiegerer博士称我们也提出了其它的可能性，例如恒星碰撞，以及超新星爆炸，但这些假设最终都会导致破坏两颗远距双星稳定的运行轨道。

通常认为银河系中央大质量黑洞能够使恒星加速运行，并且通过破坏双星中最初形成的恒星，从而使其它恒星从银河系中远远弹开。这也是大多数超高速恒星被认为是在银河中央产生的原因。首席研究员PeterNémeth表示，PB3877双子星也许来自其他星系。在银河系的外围有各种各样的恒星流，银河系中强大的潮汐力将一些矮星系撕扯成片，而这些恒星流通常被认为是这些星系的遗留物4。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学