对银河系中最高能光的分析表明,我们对银河系恒星形成率的理解可能是错误的。
恒星形成过程中产生的同位素放射性衰变产生的伽马射线表明,恒星每年形成的速度是太阳质量的四到八倍。这看起来可能不是很多,但它比当前估计多了两到四倍,这表明我们的家乡银河系并不像我们想象的那么静止。
这对于我们理解银河系以及我们周围的星系的演化具有重要意义,因为恒星诞生和死亡的速度可以改变银河系的整体化学成分。
由德国维尔茨堡大学天体物理学家 Thomas Siegert 领导的一篇描述这一发现的论文已被接受发表在天文学与天体物理学,并且可以在预印本服务器上使用arXiv。
恒星是生产宇宙更复杂元素的工厂。它们的核心是核炉,将原子粉碎在一起,将它们锻造成更大的原子。当它们死亡时,它们剧烈的死亡阵痛将这些较重的元素喷射到星际空间中,在云中漂流或被正在形成的新恒星吸收。它们的超新星爆炸也充满能量,他们的核心无法支持。
就像他们的死亡一样,恒星的诞生也充满活力。它们由星际尘埃和气体云中的致密团块形成,在重力作用下塌陷,并贪婪地吞噬周围空间的物质,直到它们的核心有足够的压力和热量来点燃聚变。当它们这样做时,它们开始发射强大的星风,将粒子吹向太空,从粒子极发射的喷流沿着新生恒星的磁场加速。
已知恒星死亡所产生的一种元素是铝的放射性同位素,称为铝-26。从宇宙角度来看,铝 26 的寿命并不长;它的半衰期为717,000年。当它衰变时,它会产生特定波长的伽马辐射。
但铝 26 也大量存在于新形成恒星周围的物质云中。如果物质落入恒星的速度超过声速,就会形成冲击波,产生宇宙射线。当射线与尘埃中的同位素(例如铝 27 和硅 28)碰撞时,他们可以生产同位素铝-26。
因此,通过观察宇宙中由铝 26 放射性衰变产生的伽马辐射的预算,天文学家可以估计产生同位素的恒星在银河系中形成和死亡的速率,并用它来确定总体恒星产生率。
目前对银河系恒星形成率的估计为大约相当于两个太阳的材料每年都转化为明星。由于银河系中的大多数恒星的质量远小于太阳,因此估计平均质量约为每年六到七颗星。
Siegert 和他的同事对银河系中的铝 26 伽马辐射进行了普查,并进行了建模,以了解观测到的这种光丰度最可能的产生机制。他们发现最合适的恒星形成率是每年大约四到八个太阳质量;或每年最多大约 55 颗星。
这一估计仍有改进的空间;这些模型并没有完全再现目前观测到的银河系伽马辐射;伽马射线源的距离可能会改变最终的估计,但很难测量。这就是为什么研究人员只能给出恒星形成率的范围,而不是精确的质量。
然而,该团队的方法有望更好地了解银河系如何产生新恒星。恒星的形成过程通常笼罩在厚厚的气体和尘埃中,很难看到。计算它产生的伽马辐射可能是窥视幕后的一种有效方法。
该团队的研究已被接受发表于天文学与天体物理学,并且可用于arXiv。