「出雙入對」的大質量恆星舞動星空

大質量恆星在宇宙舞台的表演並非獨舞，它們常常跳「雙人舞」、甚至「多人舞」，與天文學家過去的想像不同，像太陽一樣的「獨舞」恆星在宇宙中非常罕見。經過長期的天文觀測，德國波鴻魯爾大學的天文學家證實了天文學家的一種見解：宇宙恆星通常偏好「成雙結對」、或「成群結對」的表演。在魯爾波鴻大學設在智利的天文台，天文學家先後觀測了800多顆恆星的「舞動」，它們的質量比我們的太陽大100多倍，90%以上的恆星屬於多星系，魯爾波鴻大學觀測成果支持了一種理論假想：大質量恆星通常以雙星體、或多星體的形式閃耀在星空的劇場。

當橙紅色的太陽緩慢地沉入地平線，漆黑的夜幕降臨在智利的阿塔卡馬沙漠，先是繁星的斑點隱約地閃爍在天空，後是燦爛的星河在黑暗的夜空延伸，人們看到了銀河系繁星閃爍的景觀，世界上的任何地方沒有比智利的阿塔卡馬沙漠更適合天文觀測活動了，德國魯爾波鴻大學的天文觀測台設在智利的阿塔卡馬沙漠，沙漠的生活單調、孤獨，然而，「與星共舞」的生活」驅散了他們長年累月觀測活動的孤獨感。魯爾波鴻大學天文台在羅爾夫·奇尼博士帶領下，科學團隊做出了令人十分震撼的發現。魯爾波鴻大學（RUB）天文台距離歐洲最大天文台——「非常大型望遠鏡」相距20公里，歐洲天文台位於智利的帕拉納山。魯爾波鴻大學的天文台與歐洲的大型天文台相比顯得「勢單力薄，像一個業餘天文台，RUB的望遠鏡的解析度遠低於歐洲大型望遠鏡，然而，RUB的天文學家決不是業餘」天空愛好者」，他們利用小型天文儀器觀測了很多天體。

對像歐洲非常大型望遠鏡一類的天文觀測工具來說，每一位天文學家平均分配的觀測時間非常有限，每年平均分配大約5到10個小時的觀測時間，這算是幸運的觀測機會。一般的天文學家在大型天文台難以獲得連續數周的觀測時間，魯爾波鴻大學的天文台有所不同，RUB天文團隊「近水樓台先得月」，他們獲得了充足的觀測時間，對特別關注的天文對象進行了更加精確的觀測。RUB天文團隊對星變現象表現了濃厚興趣，他們長時間地觀測和分析了恆星亮度的變化。幾年以前，天文學家提出了一種觀點，如果大質量恆星大到相當於我們太陽質量的100倍，那麼它們將會演化為雙星系的形態。波鴻大學的天文團隊開展了系統性的多星現象研究。奇尼博士認為人們習慣於一種非理性的科學思考方式，時常將單星系理解為多星系的運轉方式，而單星系和多星系的運行規律非常不同。RUB天文團隊觀測和分析了800多顆恆星的星變現象，他們發現其中90%多的恆星屬於多星系，它們由2到4顆恆星構成，多顆恆星形成了相互繞轉的恆星系。

為什麼從世界上的一些大型望遠鏡沒能發現類似的現象？這是因為恆星之間非常靠近，天文學家很難將雙恆星區分為兩個離散點，魯爾波鴻大學的天文學家構想了解決問題的技巧，他們將接收的恆星光線分解為不同波長的光線，通常而言，恆星的化學成分決定了它們發射光線的波長，通過對光譜線進行分析，天文學家對恆星系由一顆單獨的恆星組成、或由幾顆恆星組成進行了確認。科學團隊利用了天體物理學的多普勒效應，以多普勒效應分析了在多星系中恆星相互繞轉的情形。人們用汽笛的傳播聲音解釋了多普勒效應，我們聽到了從身邊駛過的救護車的汽笛聲，當救護車向我們駛近時，我們聽到了逐漸升高的汽笛聲，反之，當救護車駛離我們時，我們聽到了逐漸降低的汽笛聲。光波的傳播存在類似的「高調和低調」現象，當一顆恆星朝向觀測者移動時，光線變得強烈，發出了更短的波長、或光波向藍端移動；當一顆恆星背離觀測者移動時，光線變得弱小，發出了更長的波長，光線向紅端移動。

許多恆星的光譜線發生了從藍色波長到紅色波長的周期性變化，這似乎是一顆單星體恆星的亮度，實際上則是雙星體恆星的亮度變化，兩顆以上的恆星產生了相互繞轉，在恆星之間相互繞轉的過程中，一顆恆星的運動軌跡或是靠近我們的地球，或是遠離我們的地球。科學團隊在一些恆星系發現了相互繞轉的3顆、或4顆恆星，以觀測的恆星運動軌跡為基礎，他們計算了恆星的運轉周期、或恆星相互繞轉一周需要的時間。根據統計分析得出了結論，更大質量的恆星孤獨運轉的可能性更小。他們在雙恆星系中發現，恆星和它們的伴星有相似的質量。質量相似性現象似乎不是偶然的，一顆相當於太陽質量50倍的大恆星很容易捕獲一顆相當於太陽質量的中等恆星，它們不容易捕獲一顆相當於50倍太陽質量的大恆星。從恆星的形成過程解釋了恆星和它們伴星的組合，人們理解了雙恆星為什麼具有相似的質量。

奇尼博士假定，大質量恆星誕生時產生了雙星、或三星、四星的形式，多恆星系同樣起源於氣體雲和塵埃，大團氣體塵埃雲通過濃縮變得密實，在氣體塵埃雲演變的最後階段，大團的氣體塵埃雲分裂成兩個尺寸相似的部分，同時誕生了兩顆、或兩顆以上質量相似的恆星。目前有一些理論模型解釋了恆星系的誕生過程，多數恆星系模型解釋了單一、大質量恆星的形成過程，RUB天文團隊獲得了新的觀測結果，研究恆星起源的科學家重新考慮了恆星如何形成的理論模型，存在修正和調整理論模型的可能性，以符合天文觀測的事實。波鴻大學的天文團隊為了完善觀測的數據，選派了一名常年駐守在智利阿塔卡馬沙漠的成員，以進行全時段的天文觀測，RUB天文台與魯爾波鴻大學構建了網際網路，德國的大學總部通過網際網路控制瞭望遠鏡的運行，RUB天文台的自動化程度很高，然而，科學團隊派遣了一位駐守現場的天文學者，如果使用衛星基礎設施，那麼信息通信的成本相當昂貴。

奇尼博士每年去阿塔卡馬沙漠4到6次，在天文台負責設備的維護、維修和日常的調試運行，為了保持紅外線照相儀器的足夠冷卻，每天保障容器充滿液態的氮。智利阿塔卡馬沙漠神奇而偉雄偉，然而，從德國抵達阿塔卡馬沙漠頗費周折，從德國飛到到西班牙的馬德里，沒有時間觀看一場皇家馬德里隊的足球比賽，從馬德里飛到智利的聖地亞哥，然後搭乘智利的國內航班飛到阿塔卡馬沙漠附近，最後乘坐一輛越野汽車，經過兩個小時到達天文台所在的山峰。整個旅程辛勞而疲憊，然而，「風景這邊獨好」，智利擁有世界上最好的天文觀測地點。沒有誰阻止了天文學家奔赴智利阿塔卡馬沙漠天文台，好像沒有誰阻止了世界各地的球迷湧向巴西的聖保羅、或里約熱內盧，世界盃的熱情對球迷似乎不可阻擋。天文學家對天空的嚮往好像世界球迷對世界盃的期待。

（編譯：2014-6-20）

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