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恆星誕生時的“體重”
（2006年06月08日 15:01:02）
來源︰《太空探索》
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不同于人類，恆星誕生時就具有了它一生所能擁有的“體重”。新生兒在體重上的差別僅有幾斤，但是新生恆星的“體重”範圍則在不到十分之一個太陽質量到太陽質量的一百倍以上之間。盡管天文學家們知道恆星誕生時的質量會有很大區別，但是他們依然對這個誕生質量的界限感到困惑。
現在天文學家在確定恆星質量界限方面已經邁出了重要的一步。通過哈勃空間望遠鏡，天文學家第一次直接測量了我們銀河系內恆星誕生所需要的最大質量。通過研究銀河系內已知最濃密的星團——圓拱星團（Arches cluster），天文學家確認，恆星誕生的最大質量不會超過150個太陽質量。
圓拱星團是一個年齡在二百萬至二百五十萬年之間的年輕星團，位于距離地球25000光年以外的銀河中心區域，是大質量恆星形成的溫床。在這個混亂的區域，龐大的氣體雲相互踫撞形成一個個巨大的恆星。
哈勃望遠鏡的近紅外相機非常適合對圓拱星團進行分析，因為它能夠穿透銀河系厚重的銀心而得到銳利的影像，讓望遠鏡能夠分辨出濃密星團內部的獨立恆星。每一個被天文學家拿來確定質量上界的星團都必須符合一個長長的篩選條件清單。這個星團的質量必須足夠大，要有大約一萬倍太陽的質量，從而可以產生足夠多的大質量恆星以確定質量上界。這個星團同時又不能太年輕或者太老。年齡較老的星團——超過二百五十萬年——意味著其中的大質量恆星已經演化成為中子星。而年齡較小的星團——低于二百萬年——意味著很多恆星還被它的原始星雲包裹著，天文學家無法探測到它們。
另外一個重要的條件是星團與地球的距離。天文學家必須知道星團的距離從而可靠地推算出恆星的亮度——一個確定恆星質量的重要指標。星團還要足夠的近，以便于分辨出其中的獨立恆星。圓拱星團是所有星團中唯一滿足這些要求的候選者。
圓拱星團較銀河系中的其它星團更為明亮，質量超過1萬顆太陽質量，是那些典型的年輕星團質量的十倍多。它包含了大量銀河系內所能具有的各種類型的大質量恆星，但是看上去好像“缺少”了那些大于150個太陽質量的恆星。理論顯示，質量越大的星團，存在其中的大質量恆星也就越多。按原來的標準理論預測，在圓拱星團中將會有20至30顆質量介于130到1000個太陽質量的恆星，但是科學家們並沒有發現它們。這說明大質量恆星很可能有一個很清晰的質量截止點——質量上界。
科學家們正在進行後續的研究，希望通過在其它星團中尋找恆星誕生的質量上界來檢驗它的理論結果。他們的尋找工作同銀河系內較小質量星團的統計分析結果相吻合。通過觀測我們臨近星系中的大質量星雲R136——大麥哲倫星雲，發現其中沒有誕生任何大于150個太陽質量的恆星。
但是，質量上界並沒有說超過150個太陽質量的恆星不存在。如果這樣的恆星存在的話，它們可以通過吞並其它大質量恆星的方法得到更多質量。比如說位于銀心附近的年輕恆星手槍星（Pistol），它具有150倍至250倍太陽質量。但它看起來卻很突兀，因為附近的恆星都是年老恆星。一個可行的解釋是手槍星是一顆再生星，由兩顆恆星合並而成。科學家曾發現過一些更老的恆星，它們在古老的球狀星團中通過合並而獲得重生。
手槍星也可能是雙星系統的一部分，兩顆恆星合起來貌似一顆單獨的巨星。但由于哈勃望遠鏡的能力所限，科學家並不能將其分辨開來。這種現象也有可能出現在圓拱星團中，這恰恰意味著在圓拱星團中質量上界低于150倍太陽質量，而不會是其它更高的數值。
科學家們的下一步研究工作將是尋找更多的星團來檢驗這個質量限定理論。幾個空間望遠鏡，包括斯必澤太空望遠鏡在內，已經開始搜尋銀河系內的新星團。在最近兩年內，銀河系內已知的星團數目已經翻了一番，達到500多個。大多數新發現的星團都列在兩微米全天巡天(2MASS)目錄中。科學家們已經分離出大約130個新發現的星團作為今後研究的可能的候選天體。
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