天文小事
銀河系中發現高齡132億歲的化石恆星
最老的恆星究竟有多老?天文學家Anna Frebel等人利用歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(VLT)觀察我們銀河系中的一顆恆星HE 1523-0901,結果發現它的年齡高達132億歲,與宇宙137億歲相去不遠,因此這顆恆星顯然是在宇宙誕生後不久就形成了,堪稱為「化石恆星」。
Frebel等人是利用精確測量恆星大氣中釷(thorium)和鈾(uranium)兩種放射性元素含量的方式來推測恆星的年齡。這種「放射性定年」方式,類似考古學家以碳14(C-14)來測定樹木或考古出土文物等的年齡,但C-14只能測定距今數十年到數千年的時期,天文上則需要能應用在更長、更久之前的放射性定年技術。
一般而言,穩定元素通常在同一時期形成,而不穩定的放射性同位素(radioactive isotope)的含量則會隨時間遞減,稱為衰變;衰變速度愈快,在某段時間之後的放射性同位素剩餘量愈少。因此只要將放射性同位素含量與穩定的同位素含量比較,便可得到大致正確的年齡。這就是所謂的「放射性定年法」,亦有人將之稱為「宇宙鐘(cosmic clock)」。在天文上應用的放射性同位素不同衰變的太快,必須經歷數十億年之後還有殘餘含量才行,因此釷和鈾才會雀屏中選。而HE 1523-0901表面仍含有大量釷和鈾,此外含有其他三種罕見的放射性元素--銪(europium)、鋨(osmium)和銥(iridium),這是天文上首度在同一顆恆星上測量1種以上的宇宙鐘,顯示它真的非常古老。
首次測量超重黑洞的自旋
為了解巨大的黑洞是如何形成和演化,馬里蘭大學的天文學家對數個超重黑洞 (supermassive black hole)進行自轉速率(spin rate)的定量測量。該校天文系研究生Laura Brenneman和副教授Christopher Reynolds使用歐洲太空總署的XMM太空望遠鏡(XMM-Newton X-ray telescope)來觀測,檢驗來自黑洞周圍吸積盤的鐵譜線。將觀測到的譜線形狀與Brenneman的理論得到的譜線形狀相比較,便可量測這些星體的角動量(angular momentum)或自轉速率。他們的分析指出黑洞的自轉確實非常快,至少可達到廣義相對論所允許最大可能速率的98.7%。
Reynolds說:「我們對於超重黑洞的誕生與成長所知有限,但是能夠測量到自轉速率,對於了解其形成過程的關鍵所在。」超重黑洞有可能是黑洞吸入大量物質所形成,當黑洞吸入質量時,它們會轉得更快。因此快速的自轉表示物質吸積的增加(growth by accretion)。另一可能性是黑洞彼此碰撞所造成的,理論模式預測在這情形下形成的超重黑洞轉速中等,不會太快。黑洞的特性取決於它們的質量和自轉速率。長久以來,科學家有能力測量黑洞的質量,但是截至目前為止測量自轉速率仍是一項挑戰。
發現系外行星巨嬰
最近系外行星的發現總是充滿極端,最小、最熱、風速超快...,哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)的天文學家Gaspar Bakos等人則發現了一顆到目前為止,質量最大的「凌日行星」--從地球觀測時,這顆行星會從母恆星前方通過而使母星稍微變暗。
這顆編號HAT-P-2b的氣體巨行星質量超過我們太陽系中最大的行星--木星的8.2倍大,然而體積卻被自身強大的重力給擠壓得只比木星稍大一些(直徑約木星的1.18倍),繞其母星公轉一週僅需5.63天,是所有已知凌日行星中公轉週期最長的。HAT-P-2b的母星HD 147506是顆光譜型F的恆星,視亮度8.7等,體積約比太陽大2倍,表面溫度也比太陽還高一些,距離地球約440光年,位在武仙座方向,是已知有系外行星的恆星中第4亮的,以10公分望遠鏡便可觀測到;而HAT-P-2b也是利用小望遠鏡觀測網HATNet偵測到的。
此外,它還有許多不尋常的特性,例如:它的軌道極端橢圓,距離母星最近時只有500萬公里左右,離母星最遠時卻可達1500多萬公里;換言之,它的軌道橢圓率(e)高達0.5,若地球也以如此橢圓的軌道繞太陽公轉的話,則地球軌道近日點將在水星軌道附近、遠日點卻幾乎遠達火星軌道。由於軌道如此扁長,當接近母星時會被加熱到極高溫的狀態,但旋即遠離母星而降溫。由於這顆行星如此不尋常的特性,使得Bakos等人原本還以為偵測到某些錯誤訊息,直到排除所有可能性後才確定這真的是一顆系外行星。按理來說,恆星與如此接近母星的行星之間的作用力會將行星軌道逐漸拉成接近圓形,沒有其他已知凌日系外行星的軌道如此橢圓!Bakos等人認為,雖然還沒有證據,但很有可能是HAT-P-2b之外還有第二顆行星,才會造成它如此怪異的軌道特性。
再者,到目前為止,所有已知的凌日行星都是所謂的「熱木星(hot Jupiters)」--非常接近母星、公轉週期很短的氣體巨行星,然而HAT-P-2b的密度卻比一般熱木星還大;事實上,雖然它是顆主要是由氫氣組成的龐大氣體球,但它的密度卻相當於地球--一顆主要由岩石所組成的固態行星。而它的質量已經在恆星和行星的質量分野上,只要它的質量再大個50%,它就有機會點燃一次短暫的核融合反應而跨足成為恆星。