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宇宙中已知的最大恒星
第1篇：宇宙中已知最小的白矮星是颗地球大小的钻石宇宙中已知最小的白矮星是颗地球大小的钻石如果我们死去，如果没有心灵手巧的殡葬师帮我们保存尸体，我们的尸体很快就会烂成烂泥一样恶心的化学粘液和一堆骸骨。上面说的是人类的消亡过程，天体也有死亡的时候，太阳会在耗尽最后的氢储备后成为一颗摧毁太阳系的红巨星，最后太阳开始从内部坍缩，形成一颗有着极高温度的碳核。 太阳在经历了恒星死亡的红巨星阶段后，发出这辈子最后一阵猛烈的太阳风，最后，会形成一颗小小的，但密度极高的白色块――一颗白矮星。作为恒星尸体的白矮星会持续冷却，整个冷却会过程可能会永远持续下去。美国国家无线电天文观测台(National Radio Astronomy Observatory，简称NRAO)的最新观察显示，白矮星最终的归宿是结晶碳――完全可以称为钻石的结晶碳。在宇宙中达到这个状态的恒星应该不在少数，但是NRAO这次观测到的这颗小、冷、暗的白矮星是已观测到的白矮星中最小、温度最低的白矮星。白矮星依旧有质量，利用这点，可以帮助我们在相对遥远的宇宙发现暗淡的小型天体，例如太阳系以外的行星。更具体的说，天文学家可以通过引力透镜，精确定位太阳系外行星的位置。这颗新白矮星的成功发现都要归功于临近的脉冲星PSR J。这颗脉冲星每秒自转300次，人们刚发现它时就推断它的旁边可能有一颗中子星或非常非常暗的白矮星。脉冲星是宇宙中非常惹眼的无线电波振荡器，科学家利用脉冲星发出的电波探测其它天体的位置。在甚长基线阵列射电望远镜(Very Long Baseline Array radio telescope)工作的天文学家Adam Deller已经密切监视了PSR J两年时间，搜集了足够数据，足以精确定位这颗脉冲星和地球的相对位置。利用这些数据，科学家可能可以利用NRAO位于弗吉尼亚西部的绿岸望远镜(Green Bank Telescope)定位这颗脉冲星。利用PSR J发出的快速脉冲信号，绿岸望远镜的研究人员最终得以观察到这颗脉冲星相邻的另一颗白矮星伴星――两颗天体围绕彼此互相旋转，甚至扭曲了周围时空。脉冲星从A点到达B点时发出信号的微小延迟暴露了它旁边的伴星，这种延迟隔几天才会出现一次。延时也暴露了两颗天体的质量，最终科学家算出脉冲星的质量约为太阳质量的12倍，白矮星的质量是脉冲星的1.2倍。 但是还没完，观察团队注意到白矮星有一点非常奇怪，鉴于白矮星的质量和离地球的距离，应该很容易就可以用光学望远镜或红外线望远镜观测到，但事实却并非如此：无论是智利的南方天体物理研究望远镜还是夏威夷的凯克望远镜都没有任何斩获。科学家没有找到任何应该属于一颗恒星尸体的东西――只是冰冷、黑暗的大质量物质。这颗白矮星的年龄也非常古老：约为110亿年，和我们生活的银河系差不多。“在我们最新的图片中，显示应该存在一颗比其它围绕中子星旋转的白矮星暗100倍的伴星，只有已知所有白矮星亮度的1/10，但是从图片里我们什么也看不到，”在研究综述中团队成员Bart Dunlap说。“如果那里应该有一颗白矮星，当然是肯定有的，一定是一颗极冷的白矮星。”在如此低温的条件下，构成恒星的碳元素肯定已经结晶，形成一颗钻石白矮星。不过，如果我们想要捕获这颗白矮星，必须跨越900光年才行。宇宙中已知最小的白矮星是颗地球大小的钻石如果我们死去，如果没有心灵手巧的殡葬师帮我们保存尸体，我们的尸体很快就会烂成烂泥一样恶心的化学粘液和一堆骸骨。上面说的是人类的消亡过程，天体也有死亡的时候，太阳会在耗尽最后的氢储备后成为一颗摧毁太阳系的红巨星，最后太阳开始从内部坍缩，形成一颗有着极高温度的碳核。 太阳在经历了恒星死亡的红巨星阶段后，发出这辈子最后一阵猛烈的太阳风，最后，会形成一颗小小的，但密度极高的白色块――一颗白矮星。作为恒星尸体的白矮星会持续冷却，整个冷却会过程可能会永远持续下去。美国国家无线电天文观测台(National Radio Astronomy Observatory，简称NRAO)的最新观察显示，白矮星最终的归宿是结晶碳――完全可以称为钻石的结晶碳。在宇宙中达到这个状态的恒星应该不在少数，但是NRAO这次观测到的这颗小、冷、暗的白矮星是已观测到的白矮星中最小、温度最低的白矮星。白矮星依旧有质量，利用这点，可以帮助我们在相对遥远的宇宙发现暗淡的小型天体，例如太阳系以外的行星。更具体的说，天文学家可以通过引力透镜，精确定位太阳系外行星的位置。这颗新白矮星的成功发现都要归功于临近的脉冲星PSR J。这颗脉冲星每秒自转300次，人们刚发现它时就推断它的旁边可能有一颗中子星或非常非常暗的白矮星。脉冲星是宇宙中非常惹眼的无线电波振荡器，科学家利用脉冲星发出的电波探测其它天体的位置。在甚长基线阵列射电望远镜(Very Long Baseline Array radio telescope)工作的天文学家Adam Deller已经密切监视了PSR J两年时间，搜集了足够数据，足以精确定位这颗脉冲星和地球的相对位置。利用这些数据，科学家可能可以利用NRAO位于弗吉尼亚西部的绿岸望远镜(Green Bank Telescope)定位这颗脉冲星。利用PSR J发出的快速脉冲信号，绿岸望远镜的研究人员最终得以观察到这颗脉冲星相邻的另一颗白矮星伴星――两颗天体围绕彼此互相旋转，甚至扭曲了周围时空。脉冲星从A点到达B点时发出信号的微小延迟暴露了它旁边的伴星，这种延迟隔几天才会出现一次。延时也暴露了两颗天体的质量，最终科学家算出脉冲星的质量约为太阳质量的12倍，白矮星的质量是脉冲星的1.2倍。 但是还没完，观察团队注意到白矮星有一点非常奇怪，鉴于白矮星的质量和离地球的距离，应该很容易就可以用光学望远镜或红外线望远镜观测到，但事实却并非如此：无论是智利的南方天体物理研究望远镜还是夏威夷的凯克望远镜都没有任何斩获。科学家没有找到任何应该属于一颗恒星尸体的东西――只是冰冷、黑暗的大质量物质。这颗白矮星的年龄也非常古老：约为110亿年，和我们生活的银河系差不多。“在我们最新的图片中，显示应该存在一颗比其它围绕中子星旋转的白矮星暗100倍的伴星，只有已知所有白矮星亮度的1/10，但是从图片里我们什么也看不到，”在研究综述中团队成员Bart Dunlap说。“如果那里应该有一颗白矮星，当然是肯定有的，一定是一颗极冷的白矮星。”在如此低温的条件下，构成恒星的碳元素肯定已经结晶，形成一颗钻石白矮星。不过，如果我们想要捕获这颗白矮星，必须跨越900光年才行。
第2篇：宇宙中恒星的大小宇宙中恒星的大小太阳、低质量恒星、褐矮星、木星与地球的大小比较太阳巨大而明亮，他的直径是地球的110倍， 体积是地球的130万倍。太阳是最大的恒星吗？显然不是。晚上可见的最亮的恒星是天狼星，他的直径比太阳大两倍。牧夫星座的大角阿拉法星的直径是太阳的24倍；金牛星座的毕宿五阿拉法星更大， 他的直径是太阳的46倍，猎户星座的参宿七贝塔星的直径也有太阳的77倍多。天蝎星座的心宿二阿拉法星可谓是巨星，他的直径是太阳的650多倍；猎户星座参宿四阿拉法星比心宿二阿拉法星还要大1.5倍。仙王星座VV星， 直径比太阳打大1600倍。太阳在宇宙中是如此渺小！恒星的体积有多大呢？对于太阳，我们可以轻而易举地测量出它的圆面对地球张角的大小，再考虑到地－日间的距离，用三角学方法就可以计算出太阳的直径了。太阳的直径是地球直径的109 倍。另外有少数距离相对近些的大体积恒星，天文学家已经测出它们的圆面对地球张角、即它们的“角径”。现在测得的除太阳外最大恒星的角径值是0.05角秒，这相当于观察放在82千米之外的一枚2 分钱硬币时所测得的硬币的张角。如果再知道恒星距离，就可以用近似公式α=D/d来求得恒星直径D 的值。式中α是以弧度为单位的恒星角径，d 是恒星的距离。例如测得的红巨星金牛座α（毕宿五）的角径是21毫弧秒（相当于1.02×10-7弧度），已知它的距离是67.8光年，则可通过计算得到它的直径是6.54×107 千米，这相当于50倍太阳直径。看来，一个关键的工作是测量恒星的角径。测量恒星角径的方法有光干涉法和月掩星法等。其中月掩星法巧妙地利用了月球在天空中的运动。与恒星相比，月亮距离地球是太近了。所以月亮在夜空中的东升西落在地球上看来是很快的。于是，经常会有这样的情形，月亮在移动中逐渐挡住了它背后的看来“不动”的某一颗恒星。这种天象叫做“月掩星”。如果根据预报事先知道哪些恒星将被掩食，在月掩星发生时，用仪器不断监视、记录将要被掩食的那颗恒星的光，就能记录下月掩星时恒星由亮变暗的全过程。仔细分析月掩星过程中恒星由“开始变暗”到“全部变暗”所用的时间，再考虑到月球在天空中移动的速度，就可能计算得出恒星角径的大小。但是，对于更多更遥远的其它恒星来说，即使在现代大型光学望远镜里，它们也是一个个点光源，根本无法观测到它们的圆面和测量出它们角径的大小。那么，对这些遥远恒星怎样才能了解它们体积的大小呢？一种常用的方法是光度－温度法。看来，虽然不能直接观测大多数遥远恒星的大小，天文学家还可以用其它的观测资料间接计算得知它们的大小。现在已经知道，在恒星世界里，不同的恒星大小的相差非常大。如比天蝎α－A 更大的仙王座VV的红超巨星，其半径为太阳半径的1 ，600 倍；而也属于恒星的白矮星和中子星，却比太阳小得多，其半径只有太阳半径的几十分之一到几万分之一。天文学家们还注意到，在已知的恒星各种物理性质中，不同种类的恒星之间在光度、体积、密度等方面相差极大，甚至可以差到几亿倍；但不同的恒星唯独在质量方面相差很小，最多只相差几百倍。这是恒星性质的一个非常引人注目的特点。
第3篇：宇宙中的星星知多少？作者：科学24小时 2004年03期澳大利亚的天文学家最近表示，他们现在得到了到目前为止对可见到的宇宙中的星星数量最为准确的估计。他们在悉尼举行的国际天文学大会上指出，天上有七亿兆亿颗星星。从地球上最黑暗的地方，人类的肉眼可以看到大约5000颗星星，而在街灯明亮的城市中只可以看到100颗左右。但是现代的望远镜却可以告诉你完全不同的故事。澳大利亚的天文学家使用一些世界上最为有效的工具测量了宇宙一部分中所有星系的亮度，以及它们其中容纳多少星星。天文学家向天文大会所提交的星星数量确实可以被称作是天文数字。这一数字是七亿兆亿，也就是在数字7之后加22个零。这要比地球上的山滩和沙漠中所有的沙砾数量还要多，但这只是在天文望远镜能所及的可见宇宙中的星星数量。他们相信，在天上的很多星星都有行星，而在其中一些行星上可能有生命存在。但是它们离地球是那么遥远，我们永远都不可能与住在上面的生物有任何联络。
第4篇：宇宙中第一代恒星、星系是如何形成的宇宙中第一代恒星、星系是如何形成的
大型的地面和空间望远镜观测可探测的宇宙历史从现今一直可以追溯到宇宙年龄不足现在的十分之一处。在往前则仍然是留待进一步深入的前沿，正是在那里形成了第一代恒星、星系以及大质量黑洞。通过赋予宇宙第一屡光以及超越在大爆炸中所形成的原初氢和氦以外的其他化学元素，第一代的这些天体彻底地改变了早期宇宙。理论和即将到来的观测之间的互动将有望回答这一新兴领域中关键但又悬而未决的问题。在宇宙“黑暗时代”结束时第一代恒星和星系的形成是现代宇宙学的核心问题之一。在这个时期，通过在暗物质中的结构生长、来自第一代恒星的重元素输入以及从这些恒星和第一代黑洞的能量注入，宇宙从它简单的初始状态转变成了一个具有复杂等级式结构的系统。在我们的认识中，一个重要的里程碑是建立了宇宙演化的现代标准冷暗物质模型，它假设宇宙的结构是等级式形成的，即小的天体先形成进而不断并合成更大的系统。在这个模型中，形成于大爆炸之后几亿年的微型暗物质晕正是第一代恒星形成的场所。根据这一基本框架并且得益于新的高效计算工具的发展，数值模拟研究了在这些微型暗物质晕中原初气体分裂瓦解的特性，发现绝大多数的第一代恒星，即星族Ⅲ恒星，具有非常大的质量。最近，这一领域又在等级式结构的形成中向前迈进了一步，在第一代恒星形成并且影响它们周围的环境之后形成了第一代星系。随着新的观测设备的到来、超级计算技术所取得的长足进步，我们正在进入一个令人兴奋的发现期，而现在则正是综述我们目前的认识以及所存在挑战的理想时机。我们将从第一代恒星的形成开始，讨论对其大质量预言背后的物理机制，以及如果暗物质在小尺度上表现出非标准的特性这一结论将会如何被修改。接下去我们会论述来自第一代恒星的反馈效应，它们可能会使得随后的恒星形成推迟达1亿年左右。在谈到第一代星系形成的时候，我们会讨论在它们的形成过程中湍流和超新星反馈的重要性。有意思的是，在原初星系中央造成湍流的低温吸积流让人联想到了最近刚被提出的星系形成新模型。在这些新模型中低温吸积流被用来解释在更为近代的宇宙中通过平稳而非由并合驱动的大质量星系的形成方式。在最后我们将对未来十年可能取得的重大进展做一个展望。第一代恒星的形成虽然仅仅在引力的作用下暗物质晕就能形成，但是形成诸如恒星和星系这样的发光天体是一个要更为复杂得多的过程。为了开启恒星形成过程，在暗物质晕中必须要积攒够足量的低温高密度气体。在早期宇宙中，由于原子具有较高的激发能而分子的转动能虽容易达到但数量却非常稀少，因此原初气体无法有效地通过辐射冷却。通过和电子的反应，氢原子可以形成痕量的分子氢。在合适的条件下这可以使得气体冷却并最终凝聚形成恒星。始于宇宙学初始条件的数值模拟显示，在位力温度约1,000开、质量约100百万个太阳质量的暗物质晕（因此称其为“微型暗物质晕”）中会形成原初气体云。在标准的冷暗物质模型中，在红移约为20-30，也就是宇宙诞生之后几亿年，微型暗物质晕被认为是恒星形成的第一场所。这些微型暗物质晕具有很强的成团性，因此来自第一代恒星的反馈效应对于决定其周围原初气体云的命运来说是非常重要的。由于来自一颗大质量恒星的远紫外辐射即可摧毁其母气体云中的所有氢分子，因此一片气体云中很有可能只能形成一颗恒星。原则上讲，形成第一代恒星的气体云可以碎裂形成一个双星或者多星系统，但是基于自洽宇宙学初始条件的数值模拟并没有显示出这一结果。尽管每片气体云中可形成恒星的确切数量还难以确定，但是应该不会很多，因此微型暗物质晕并不是星系。当在微型暗物质晕的中心积聚了足够多的物质之后，原初气体云就会发生雪崩式的坍缩。引发坍缩的最小质量由金斯质量所决定，而金斯质量又和系统的特征温度以及粒子的数密度有关。有人提出，化学、辐射冷却以及流体动力学之间的复杂相互作用会导致气体云的瓦解，但是即使是在超高分辨率的宇宙学模拟中也没有发现这一现象。不过有意思的是，来自非宇宙学初始条件的数值模拟却可以产生多个气体云核。这似乎说明，气体在初始时刻所具有的高度自旋最终会导致盘的形成以及随后的瓦解。在实际的宇宙学初始条件中是否会产生这些情况还需要拭目以待。虽然能引发第一次雪崩式坍缩的质量已经被很好地确定了，但是它只给出了对所形成恒星质量的大致估计。标准的恒星形成理论预言，一个小型的原恒星会先形成，然后通过吸积周围的气体长成一颗大质量恒星。目前对第一代恒星形成的最高分辨率数值模拟已经证实了这一预言，并且这一过程也确实发生了在宇宙之中。但是，恒星的最终质量不仅由形成它的气体云的质量所决定，还牵涉到在其原恒星演化过程中的诸多反馈过程。在数值模拟中，星族Ⅲ恒星的最终质量通常由第一代原恒星碎块形成时的密度分布及其周围气体的速度场所决定，但是在缺乏原恒星反馈的前提下这可能是非常不精确的。在当代恒星的形成过程中原恒星的反馈效应已经被很好地研究了，但是对于原初的恒星它们之间会存在几个重要的不同。第一，原初气体中不含有尘埃颗粒。其结果是，作用在气体上的辐射力要弱得多。第二，通常假设在原初气体中磁场的作用并不重要。因为除非牵涉到特殊的机制，否则早期宇宙所产生的磁场强度非常小，以致于无法在原初恒星形成的气体中起到大的作用。在现代的恒星形成中，磁场至少具有两个重要的作用：它们可以降低形成恒星气体的角动量，同时它们还会驱动会驱散大量母气体云物质的强劲外流。在原初情况下，星前气体可能具有较高的角动量，宇宙数值模拟证实了这一点。第三，在具有相同质量的情况下，原初恒星要比现代恒星的温度高得多，由此会产生更大的电离光度。对第一代恒星（星族Ⅲ.1）形成的精湛数值模拟代表了计算上的杰作，其中的坍缩过程可以从宇宙学尺度（共动坐标下百万秒差距，1秒差距=3.26光年）一直进行到原恒星尺度（亚天文单位），揭示出了原恒星形成的整个过程。然而，在缺乏对辐射物理机制描述的情况下，这些模拟无法精确地展示原恒星进一步生长的过程。现在，原恒星随后的演化都由近似的分析计算给出。通过对现代大质量恒星形成理论的推广，由此可以近似地给出数值模拟中所需要的初始条件，并且预言恒星周围吸积盘的生长。一些反馈效应决定了第一代恒星的最终质量。吸积气体中氢分子的光致离解作用会降低它冷却的速率，但是并不会终止吸积的过程。当原恒星长到20-30个太阳质量的时候，莱曼-α辐射压会在恒星的两极逆转气体下落的过程，但即使如此也不会显著地减小吸积率。当原恒星达到50-100个太阳质量的时候，由大量电离辐射所产生的氢Ⅱ区（电离氢区）的扩张才会大幅度地减小吸积率，但是吸积过程在恒星的赤道平面内仍能继续。最终，在吸积盘中由光致蒸发驱动的质量损失会终止吸积过程，并且确定下恒星的质量。这一最终质量取决于熵以及星前气体的角动量。在合理的情况下，这一质量会在60-300个太阳质量之间。许多物理过程会影响甚至彻底改变上面所描述的这一物理图像。虽然强度仍然不确定，但是由磁转动不稳定性所产生的磁场也许在原恒星盘中会变得重要，在吸积过程中可能也扮演了重要的角色。宇宙线和其他的外部电离源，如果它们在早期宇宙中存在的话，也会强烈地影响原初气体的演化。由于有大量的电子可以促进氢分子的形成，部分电离的气体可以更为有效地冷却。这些气体可以冷却到比中性气体所能达到的更低一些的温度，此时由氘化氢分子造成的冷却效应会开始变得重要。如果暗物质的特性和上面假设的不同，那么对于标准模型而言还会有更多重要的改变。在标准模型中，一个关键的假设是暗物质仅通过引力和重子物质发生相互作用。但是，暗物质可以间接地影响星前气体的动力学。冷暗物质的一大候选者是渺中子，它的自湮灭截面非常大。因此在密度非常高的区域，渺中子暗物质预期会发生对湮灭现象，释放出π介子、电子-正电子对以及高能光子。当密度足够高的时候，这些湮灭产物可能会有效地加热坍缩中的原初气体云，由此阻止坍缩的进行。在有暗物质湮灭的情况下对恒星结构的计算显示，它们会经历一个温度在4,000-10,000开的演化阶段，这个温度要比通常的星族Ⅲ恒星低很多。这一效应的强弱非常敏感地依赖于暗物质的聚集程度以及渺中子湮灭的最终产物。此外，在目前的计算中都做了球对称假设，但是重子物质和暗物质的角动量也许会显著地遏制暗物质的高密度积聚，由此它们也会无法有效地湮灭。虽然如此，如果渺中子被探测到具有一个“合适”的质量范围，那么早期恒星的形成模型可能就需要涵盖暗物质湮灭的效应
第5篇：大犬座VY是已知最大恒星大犬座VY是已知最大恒星，直径约是倍太阳直径，约是千米，距离5000光年。假如你坐在一个时速900千米的客机上，绕大犬座VY一圈的话，需要飞行1100年 大犬座VY与太阳比较大小Dick_023：1.水星1314
第6篇：科学家发现四颗大恒星或解宇宙最大未解之谜图科学家发现四颗大恒星 或解宇宙最大未解之谜 图图1 星系中最大的恒星：距离地球16万光年远处存在四颗大恒星，体积远超过科学预计恒星应有的大小。北京时间8月9日消息，英国每日邮报报道，科学家近日提出了一项最新理论，或可以解答宇宙最大的神秘未解之谜之一。2010年美国宇航局的科学家发现4颗白矮星，它们质量大约是太阳的300倍，这是预测正常恒星质量极限的2倍。德国伯恩大学的研究学者称，这些恒星属于大麦哲伦云内巨大恒星群R136的一部分，距离地球大约16万光年远，它们如此庞大的体积可能是恒星合并的结果。在此之前，科学家对银河系和其它星系的观测表明，目前宇宙中形成恒星的质量极限是太阳质量的150倍，这一预测在2010年发现这些巨大恒星时被打破。此前这个预测似乎代表了一个宇宙极限，适用于任何恒星形成的地方。“这项发现表明，无论是恒星质量上限，还是任何新生的恒星质量组成成分，似乎都一样，与恒星产生地无关。”波恩大学的帕维尔?克劳帕教授这样说道。“恒星产生的过程似乎是普遍相似的。”？图2 最大、最热、质量最大的恒星群可能位于大麦哲伦云内部恒星形成区域。然而，最新发现的这四颗超明亮、超大质量的R136恒星似乎是这样广泛接受的质量极限准则的特例。伯恩大学的研究小组成员包括首席研究员Sambaran Banerjee博士和Seungkyung Oh，他们对类似R136恒星群的恒星交互活动进行建模，他们利用电脑仿真再现真实的恒星群，创造了一个拥有17万恒星紧密接触的恒星群。最初Seungkyung保证所有恒星都是正常质量，且按照预计的方式分布。为了计算基本的系统是如何随着时间平稳变化的，这个模型必须解决51万个方程。由于核反应、每颗恒星时放的能量、恒星间碰撞时产生的影响，整个仿真过程非常复杂。这种高度密集的恒星间计算被称为“直接数值模拟”（direct N-body simulations’），它是对恒星群建模最可靠最精确的方式。？图3 在宇宙何处？RMC 136a恒星群的星系地图，其中有些恒星质量是太阳的300倍，体积是目前恒星质量上限的2倍。“一旦这些计算完成，它将迅速揭开这些超大质量恒星的神秘面纱。”Sambaran补充说道，“在恒星群早期它们就已经出现了。在紧密的双星系统中有如此多大质量的恒星，它们本身紧密相连，会发生频繁的随机接触，有的会导致碰撞两颗恒星合并成质量更大的天体。这样产生的恒星很可能迅速形成R136中观测到的那些超大质量恒星。”“想像一下两个笨重的恒星互相紧密环绕运行，但由于临近恒星的引力作用导致两者被分开，如果两者最初的环绕轨道被拉伸到足够远，当它们经过彼此时会彼此碰撞从而形成单一的超大质量恒星。”Sambaran解释道。“尽管两颗大质量恒星碰撞涉及的物理学原理非常复杂，我们仍坚信这解释了观测到的这些超大质量恒星是如何形成。从恒星碰撞的理论解释，相对容易的多。毕竟恒星形成的普遍相似性这一理论还是主流理论。”科学家发现四颗大恒星 或解宇宙最大未解之谜 图图1 星系中最大的恒星：距离地球16万光年远处存在四颗大恒星，体积远超过科学预计恒星应有的大小。北京时间8月9日消息，英国每日邮报报道，科学家近日提出了一项最新理论，或可以解答宇宙最大的神秘未解之谜之一。2010年美国宇航局的科学家发现4颗白矮星，它们质量大约是太阳的300倍，这是预测正常恒星质量极限的2倍。德国伯恩大学的研究学者称，这些恒星属于大麦哲伦云内巨大恒星群R136的一部分，距离地球大约16万光年远，它们如此庞大的体积可能是恒星合并的结果。在此之前，科学家对银河系和其它星系的观测表明，目前宇宙中形成恒星的质量极限是太阳质量的150倍，这一预测在2010年发现这些巨大恒星时被打破。此前这个预测似乎代表了一个宇宙极限，适用于任何恒星形成的地方。“这项发现表明，无论是恒星质量上限，还是任何新生的恒星质量组成成分，似乎都一样，与恒星产生地无关。”波恩大学的帕维尔?克劳帕教授这样说道。“恒星产生的过程似乎是普遍相似的。”？图2 最大、最热、质量最大的恒星群可能位于大麦哲伦云内部恒星形成区域。然而，最新发现的这四颗超明亮、超大质量的R136恒星似乎是这样广泛接受的质量极限准则的特例。伯恩大学的研究小组成员包括首席研究员Sambaran Banerjee博士和Seungkyung Oh，他们对类似R136恒星群的恒星交互活动进行建模，他们利用电脑仿真再现真实的恒星群，创造了一个拥有17万恒星紧密接触的恒星群。最初Seungkyung保证所有恒星都是正常质量，且按照预计的方式分布。为了计算基本的系统是如何随着时间平稳变化的，这个模型必须解决51万个方程。由于核反应、每颗恒星时放的能量、恒星间碰撞时产生的影响，整个仿真过程非常复杂。这种高度密集的恒星间计算被称为“直接数值模拟”（direct N-body simulations’），它是对恒星群建模最可靠最精确的方式。？图3 在宇宙何处？RMC 136a恒星群的星系地图，其中有些恒星质量是太阳的300倍，体积是目前恒星质量上限的2倍。“一旦这些计算完成，它将迅速揭开这些超大质量恒星的神秘面纱。”Sambaran补充说道，“在恒星群早期它们就已经出现了。在紧密的双星系统中有如此多大质量的恒星，它们本身紧密相连，会发生频繁的随机接触，有的会导致碰撞两颗恒星合并成质量更大的天体。这样产生的恒星很可能迅速形成R136中观测到的那些超大质量恒星。”“想像一下两个笨重的恒星互相紧密环绕运行，但由于临近恒星的引力作用导致两者被分开，如果两者最初的环绕轨道被拉伸到足够远，当它们经过彼此时会彼此碰撞从而形成单一的超大质量恒星。”Sambaran解释道。“尽管两颗大质量恒星碰撞涉及的物理学原理非常复杂，我们仍坚信这解释了观测到的这些超大质量恒星是如何形成。从恒星碰撞的理论解释，相对容易的多。毕竟恒星形成的普遍相似性这一理论还是主流理论。”
第7篇：研究展示宇宙最早期大质量恒星死亡过程研究展示宇宙最早期大质量恒星死亡过程日 10:10
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我有话说(7人参与) 收藏本文这是一张大质量恒星的内部模拟“切片”，这颗恒星的质量大约是5.55万倍太阳质量。图像展示的是其内部的氦核正在燃烧，将氦转变为氧，驱动各类流体不稳定性，从而形成了图像中所示的那些涡旋结构。这是时光的定格，展示这颗恒星进入爆发阶段一天之后的状态，此时这颗恒星的最外侧边界已经扩展到相当于今天地球围绕太阳轨道的位置随着恒星塌缩过程的进行，其内部开始快速合成重元素，如氧，氖，镁和硅。这一过程会释放大量能量，它最终将逆转塌缩进程，并引发超新星爆发为了模拟一颗原始超大质量恒星的生命周期，陈博士与同事们使用了一款名为“KEPLER”的恒星演化程序代码。这一程序设计中考虑了一些恒星演化的关键过程，如核燃烧以及恒星对流等机制，另外还加入了针对大质量恒星的一些特点乍一看，这样的图像与人类的大脑极其相似。但事实上，这是宇宙中一颗最早期恒星死亡时候的场景。研究人员表示这些早期恒星的死亡是独特的，它们会以超新星的形式发生爆发，并完全焚毁，不会留下黑洞，而是将大量的化学物质撒播到宇宙空间之中。
某些原始恒星的质量达到太阳质量的5.5万至5.6万倍，这样的庞然大物，其死亡方式将是不同寻常的。美国加州大学圣克鲁兹分校以及明尼苏达大学的天体物理学家们在美国联邦能源部下属国家能源研究科学计算中心(NERSC)以及明尼苏达大学超级计算研究所的超级计算机上进行了数轮运算之后提出了这一理论。这项研究工作严重依赖于CASTRO程序包，这是美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室计算研究所(CRD)开发的一款天体物理学程序包。有关这项研究的最新进展已经刊载于近期出版的《天体物理学学报》上。第一代恒星尤其让科学家们感兴趣，因为它们产生了最早的重元素，这里所说的重元素是指所有那些原子量大于氢和氦的元素。当死亡来临，它们便将自己产生的所有重元素洒向周围的太空，从而为后续的世代的恒星，乃至星系的诞生奠定基础。通过对这些最早期恒星死亡模式的进一步了解，科学家们希望更好的搞清楚我们今天所处的这个宇宙是如何成型的。程克钧(音译：Ke-Jung Chen)是加州大学圣克鲁兹分校的博士后，也是这项研究的第一作者。他表示：“我们发现存在一个狭窄的窗口，在此范围内恒星可以完全被炸毁而不会留下黑洞，在此之前还从未有人提出过这样的机制。但如果没有NERSC提供的资源，我们可能还将需要长得多的时间才能得到这一结果。”他说：“从用户的角度来看，这一设施的运行非常高效，是做科学非常方便的地方。”为了模拟原始恒星的生命周期，研究组运用了一种一维恒星演化程序代码，名为“KEPLER”。这一程序设计中考虑了一些恒星演化的关键过程，如核燃烧以及恒星对流等机制。另外还加入了针对大质量恒星的一些特点，如元素的光致裂变，电子-正电子产生以及特殊相对论效应。研究组同时还考虑了广义相对论效应，这对于具有1000倍以上太阳质量的超级恒星而言是必须要考虑的重要因素。
这样做的结果是他们发现那些质量介于5.5万~5.6万个太阳质量的超级恒星寿命约为169万年，此后便会开始在广义相对论效应作用下变得不稳定并开始塌缩过程。随着恒星塌缩，其内部开始快速合成重元素，如氧，氖，镁以及硅等等。这一过程会释放大量能量，这股强大的能量压过了让恒星保持整体存在的引力作用，终于造成恒星塌缩中断并发生剧烈爆发――超新星爆发出现了。
为了模拟这类大质量恒星的死亡机制，研究组使用了CASTRO程序包，这是由伯克利实验室的安?安姆基恩(Ann Almgren)和约翰?贝尔(John Bell)开发的一款天体物理学专用程序包。这些模拟现实，一旦塌缩过程被逆转，瑞利-泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor instabilities)将会在恒星生命的最后阶段让各类重元素相互混杂。研究组表示这种混杂作用将会产生一种独特的观测信号，利用未来出现的新型近红外探测器将可以探测到，如欧洲空间局(ESA)的欧几里得探测器以及美国宇航局的广域红外巡天望远镜。取决于这类超新星爆发的强度，部分超新星的爆发可以造成整个星系乃至临近其他星系的元素富集，从碳到硅，富集重元素的种类多样。在某些案例中，超新星爆发甚至可以在其所在星系中触发大量新生恒星的形成，从而让这一星系变得与其他星系完全不同。陈博士表示：“我的工作主要着眼于以超越流体动力学的物理学机制对极大质量恒星超新星爆发进行研究，因此我与安姆基恩合作，在多年来在许多个项目上逐渐尝试适应CASTRO软件包的使用。在我开展此项模拟之前，我一般都会首先思考一下为了解决某一特定问题所需的物理学。随后我便与安姆基恩一同工作，开发了一套代码，并将其融入CASTRO程序包。这是一套完全不同的体系。”
为了将数据实现可视化，陈博士采用了一种名为“VisIt”的开放代码工具，这是由前伯克利实验室科学家汉克?切尔德(Hank Childs)构建的。程克钧表示：“在大多数时间里，我都是自己运行可视化模拟，但当有时候我需要进行一些修改，我就会发电子邮件给汉克，他对我非常有帮助。”这项研究的大部分工作是陈博士在美国明尼苏达大学读研究生时期完成的。他于2013年完成了物理学博士阶段学业。(晨风)
第8篇：宇宙中的星星宇 宙点来的发信号呢？ 当时休
过　～但在 当 没 有人相信时 宇 宙中存会 在这类　戈耳 德 和兹基威 的见解 得到了公 认 休。 ９　７
册 幻科小 说 ，书 说中
在 宙宇 中某
颗星 球 　奇
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于使 人　 伊 因为发什 了脉现星而冲得 １ 获 诺　贝尔物理学。 　 奖上存 在
着高 度 发
。那 会 的里　们 承认 宇 宙 中确
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星 会 发脉 　 出中 号 呢信？
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超，新星爆 发 ， 时 大　巨 学家用
灯现塔象解释， 他 们说 ： 中 子 的　星
磁 场 常非强 ，
高速 电 子在 强 磁
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“ 小绿　生 的巨大压 力会 将 恒核星心 缩压成超高　 会 生 产电磁
，波来得 获营养
它，们大脑
身、材矮 小，形成道细一射。 当束中子星速 自转高　人
号”１，认为这些 　 中脉 能可来 是自宙　宇 度的 密中星子 。们对人历史上发生的 新　 出，超看
，道这束射 随之旋转也，
就 像探 照 灯 的　
高级中慧生物发来的。智二年 第的１
月 ，　 星的 残余
体天一 一 检 测 ，又发现 另
“绿小 人”发来 的冲信　脉 脉　
５４ 超 新年　 光随着束灯旋塔转而 旋那样 转 每 ，中当子 　 。号宇
宙 中怎 么 可能 有
级　智星 余―迹―蟹 状星 中云到 了一 找射 电　颗 星的 磁电 射束波过扫球地次一， 我们 就　 接 生慧物
而 同 约 地在同
时间 　用 脉星。冲的它脉 冲间时隔只间 有０ ．０ ３ ３
。　 收 到
同一 无 线电 波长向 地球
号 呢？信于 是人们放 弃 了信 号 来自外 星人 的假 说
，认　 为一是种殊特型 的类天 ，把体 它们 做叫射电脉冲 星
脉＞ 中星。
什 的 发 公 现 布以后 ，各 国
冲 星 ，同时
文天学家也从论理探上脉　讨中 星
的本质 １ ９ 。 ６８ 年 美国天
文 学 家 耳 戈德提 出
法 ， 看 认为脉　 ＞ 中星
是一种 高速
中子的 星。
　在 早 １ ９ ３９
家 学就已 论 证过
　 中子星 性 质的，这
是 ～种 主
中构子成 的有具超 密高度、超高温 度 超、高　压 、力
超磁场 、 强 强 引力 的超一 特种 星殊。征伸 谚㈣宇宙
中 星 星的◆文　
／ 力威李最 亮的 行 星　 大 质 量 黑
洞 相 遇 促 成的。不 过这 颗 高速 运
离在球地上
人类 ，肉可眼 看以五到 行大星 ，
其 中最的亮就是 　
河 系 银， 这也
是 人类 发 现 的 第
颗将 要一“
跑” 的恒逃
。星 　金星 金。星 的 亮 度
虽 远 然 不 如太 阳和 月亮
，但 比 著名
星狼　最 热 的 白 矮（ 星太除 外阳天最全 的恒星亮）
要还 １亮４倍
犹如一 颗 耀 眼 的 　钻石 。太阳是 地 球
来 源， 而我
们 夜 晚面对
只 。　看点到点闪闪的光 芒， 却不 道其知中
有的星 星样散同
着光和　 金星发仅 亮度不 很高 也很 有，“个性
” 它 是 太 ， 阳系内 唯 一逆　 热
。颗　 编号 为 Ｈ１ ５
６５ 的 白 星 （矮 死亡 恒 星
高密度残 骸
高达度 ２０万
℃ ， 是太
阳表 温 度面的 ３
０ 倍 　。一自向转的 大
行星 ，自转 方
向与 其他行 星
反 ，是自 东
因 　此， 站在
星上金看 ， 太 阳
西是升东 落。
　 最古 老
恒 的星大的恒最星海山
量 质 太为阳
的自古来以
人们会 ，“ 用天地荒”老来比喻 时间的 长久， 可是天荒老的时间却地没有颗一星星寿的命 。长 　
２ １ ０ １ ５ ＂倍０
银 河 系榜首
星位 二银 河于
恒星 摇　 在距
地离 球３ ．
６万 年光 地的
， 有方 一颗 号 为编 Ｈ Ｅ０
０７― ５ ２ ４ ０ 　 篮地带” ， 这
附 近 一直以
是来许 多 恒 星 生诞 地 的 。方虽 　 的然巨 星
，的年龄它大 有约１
３亿２岁，
其 形可成 以溯追 宇宙到　 如初今
光亮 不再， 但
星 曾 闪也 亮 ，过亮
度最高时候的， 人 们期 （宇宙
期目前公 认
。 ）在白 都天可看以到。 它最美
的 星系最 快的
恒星星是 浪 漫星 的代 名
词在 。 距离地
３亿球 光 年的 银
河 边系 很 多　 星星
是 高在 运速转 当
， 有 的 转速 度运远
过超 人 们了的 　缘 ，
有两 上个着演 探 “戈 的” 巨大 系星。
　想 象 　 。这两个 星 系是
数由十 亿 颗 恒
星和 体 云气
成组，都 呈 螺
００ 年 ５ 美，国
天的文 学 家 发现 了 一 颗 恒 星 ，
运 行速 度每
状 　。右侧较
系 星恒 星 的 气、体 灰和 形 尘成 一 个 “手”臂， 包 围在每看当星星的时候 ， 人 们
都惯在习 固定的 置位寻找 ，其 实小超过时 ２ ４０ 万ｋ
。天文 学ｍ推测这颗 星家运行 速度星此如　 之侧左较
小 的 星 ，系在 相
下用 慢 慢 地摆 各出种
由于 是 约８
年 万 ， 前一颗 恒
银 河系 中心 特的
第9篇：恒星际宇宙飞行可能吗?美国物理学家杰拉德?史密斯近十几年来一直在追寻反物质，全神贯注于用磁场把反物质“囚禁”于一种特殊容器中。史密斯此举的目的是利用反物质，将它作为燃料用于亚光速宇宙飞船。依靠最新的技术成果，认为实现恒星际宇宙飞行是可能的科学家不只史密斯一人。他们提出了从搭载原子反应堆、反物质反应堆的载人飞船，到利用激光束和粒子束加速到亚光速的探测器等形形色色的方案。航天飞机不能实现恒星际宇宙飞行如果前往离太阳最近的半人马座ν星的恒星际宇宙飞行能够成功，我们就能得到解开宇宙年龄等宇宙之谜的大量线索。但是航天飞机使用的化学燃料火箭加速度仅为1.7g，也就是只有地球重力1.7 倍的加速能力。假设使用航天飞机的话，必须持续加速两个月以上，使其速度达到0.5倍光速。这样的话，也得需用10年时间才能到达距地球4.3 光年之遥的半人马座ν星。显然这是不可能的。因为为了持续加速，航天飞机得装载更多的燃料，这使得它的重量之大以至根本离不开发射台。不仅如此，在航天飞机以0.5 倍以上的光速飞往半人马座ν星的漫长时间内，随着接近光速，一个难关出现了，这就是“爱因斯坦狭义相对论”指出的速度越快质量越大的规律。当速度达到光速的0.75倍左右时，质量将变成原来的1.5 倍；而由于飞行器质量的增大，推进力即使加大也无法使其加速；因此航天飞机必须造得尽可能轻些。在恒星际宇宙飞行的情况下，需要的能量与今天的一般飞行相比简直是天壤之别。如果要让载人宇宙飞船以三分之一的光速飞行，就需要相当于让全世界发电厂工作几年的能量。如果采用原子反应堆，单位质量燃料的推进力将增大1000万倍。理论上说，可以期待的办法是用激光束照射核燃料在燃烧室内发生核聚变反应。但是为此就得建造相当复杂的反应堆，技术上是十分困难的。基于上述理由，完全使用化学燃料火箭实现恒星际宇宙飞行是不可能的。对反物质的期待与现实杰拉德?史密斯认为，反物质能够带来解决问题的办法。反质子和正电子一类反物质，就存在于物理学家的身边。在各种各样的粒子中，存在着一类除电性相反而具有共同性质的反粒子。各种成对的粒子与反粒子一旦相遇，在释放出ν射线和π中子以及极大能量的同时将同归于尽。杰拉德?史密斯注意到，当成对的粒子与反粒子消失时所释放的这种极大的能量。理论上讲，粒子与反粒子消失时产生的能量是核裂变和核聚变的100 倍。要把一般质量为1000千克的宇宙飞船加速到0.1 倍光速，经计算只需9 千克的反物质燃料就够了。不过情况并不这么乐观。问题之一是，怎样才能把反物质富集起来。史密斯从事研究的位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心，那里的巨型加速器，10分钟里虽能产生10亿个反质子，但它们是以0.1 倍光速(不可思议的高速)飞迸，要捕捉住谈何容易。史密斯在反质子的前方设置了全金属箔和气体，以降低它的速度，力图将其封闭在一个用磁场形成的容器内。如果他成功了，10分钟里就能富集到100 万个左右的反质子。遗憾的是，100 万个反质子若作为火箭燃料则实在是杯水车薪。而且，这项工作得不断反复进行;即便如此仍存在两个难题：首先，反物质是带电性的粒子，彼此会产生排斥力。反物质的密度越高，用来约束反物质的磁场强度也就越大这就需要使用能让磁场强度之大超乎想象的超导材料。于是杰拉德?史密斯想到，让反质子与正电质子结合“制造”反氢原子。由于反氢原子不带电荷，就不需要形成超强磁场的超导材料了。 1996年1 月，德国、意大利、瑞士等国科学家组成的国际研究小组宣布，他们利用欧洲核子研究中心的加速器，成功地制造出了反氢原子。他们让反质子以高速运动，与氙气碰撞产生电子和正电子。在正电子与反质子速度相当的情况下，就组成了反氢原子。在他们的实验中，反氢原子约存在了40纳秒(1 纳秒为十亿分之一秒)。其次是数量的问题。即使建造高效率、规模巨大的反物质生产厂，要生产1 克反物质也需要很长很长的时间。前面提到的国际研究小组在欧洲核子研究中心制造反氢原子，在三个星期的实验中只制造出9 个。即使有了杰拉德?史密斯提出的10年内或许能问世的设施，每年也只能生产出1 微克反物质；而要把9 千克反物质的火箭燃料数目凑齐的话，则需要90亿年！而90亿年后，人类打算前往的目的地恒星还存在与否都不好说了。看来，只利用反物质让火箭飞行的念头得放弃了。杰拉德?史密斯于是又提出，能否把反物质利用于核裂变和核聚变反应呢？这样就能实现装置的小型化，解决火箭便于搭载的难题。其具体想法是：利用反物质连续几天引发每秒钟一次相当150 吨TNT 当量的小爆炸，如此三年时间就可以把载人宇宙飞船送上冥王星。用太阳帆不可能实现太阳系外飞行杰拉德?史密斯的设想说到底，都是依靠使用燃料的火箭实现恒星际宇宙飞行。对他的设想提出质疑的人中有一个人是波普?佛沃德。波普?佛沃德受美国航空航天局的委托，进行利用反物质可行性的研究。由于反物质火箭必须使搭载的反物质发生反应，将超高温能量向火箭后方喷出，因此波普?佛沃德研究后得出结论：对反物质火箭来说，火箭的质量和发动机的耐热性是根本问题所在。1960年，佛沃德第一次提出了撑开巨大的铝箔制成的帆，利用太阳风推进飞行──“乘坐”从太阳不断喷发出的带电粒子流，也就是“坐蹭车”的“太阳帆”的构想。但是利用太阳帆在恒星际间飞行有重大的缺陷。因离开太阳系后，带电粒子流会变得稀薄，宇宙飞船将不能继续加速。显然，利用太阳帆前往其他恒星是不可能的。对激光束寄以厚望稍后，当得知红宝石产生的激光比太阳光更亮时，佛沃德又产生了一个新念头：用激光束鼓起宇宙飞船的光帆以获得推进力。因为激光束几乎不会发散，而且可从太阳系中射出，所以能够实行必要的操纵和管理，设备的更新也有了可能。更重要的是，由于宇宙飞船不必再搭载燃料，因此能造得更轻。而在加速到亚光速的情况下，宇宙飞船的质量小是一个非常大的优势。为把宇宙飞船送至半人马座ν星，得用激光束加速约一年，才能使其速度达到光速的三分之一左右。此后，切断激光束，宇宙飞船转入惯性飞行。在接近半人马座ν星时，光帆的外圈逐次断开，形成同心圆状的三部分。这时，需把光帆的最外侧移至宇宙飞船的前部，同时再次发射强大的激光束。这样宇宙飞船后部的光帆便被罩在强光之中，宇宙飞船因此也获得了制动力。当然，来自飞船身后的激光束仍照射在光帆上构成推进力。由于宇宙飞船外侧的光帆面积是内侧两个光帆面积的9 倍，因此制动力比推进力更大。在对半人马座ν星的探测结束准备踏上归途之际，处在中间的环状光帆被取下。此时的光帆仍在反射激光束，使得宇宙飞船获得与来路相反的推进力得以飞返地球。巨大光帆的设想现实吗？美中不足的是，虽然具有无须搭载燃料的优点，但宇宙飞船仅依靠激光束所获得的推进力实在小得无济于事。于是，上述诸多的优点便被这一缺陷抵消了。要真正实现利用激光束作动力进行星际飞行，就必须有非常强的激光束；而且，飞船上的光帆也必须大得超出想象。佛沃德认为，可在水星轨道上利用太阳能设置约1000台激光发射装置。如果把这些激光束用巨型装置合为一股，那么不开发巨型激光发射装置也行。不过要获得必要的推进力，理想的激光发射装置要比现在利用太阳能的激光发射装置强大1000亿倍！而且还得在土星附近设置巨大的透镜，以纠正激光束的发散。此外，光帆的直径也必须达到1000公里之巨。对此，佛沃德说，若不从大处着眼就会一事无成。对于佛沃德的雄心壮志，美国明尼苏达大学的数学家埃得?贝尔布鲁诺说了这么一番话：“即使让质量为1000千克的无人探测器飞行，也需要直径1000公里的光帆和巨大的透镜，这不过是异想天开。”粒子束对单程飞行有效贝尔布鲁诺强调，利用激光束的设想存在难以解决的难题。他更关心粒子束。重粒子，比如质子，它没有光的速度却有质量。而对于推进力而言，有质量的质子比没有质量的光子更有效。 提出“粒子束设想”的是霍普?萨普林和达纳?安得留。他们认为，宇宙飞船的光帆采用超导体制成的巨环更有效。超导体环可形成面包圈状的磁场，粒子束射向磁场就会产生推进力。可采用在小行星上设置的核聚变反应堆，超高温加热等离子体化的气体，向一定方向喷射来获得粒子束。粒子束的缺点是很容易扩散。这是因为粒子之间的彼此碰撞。虽然距离增大效率会降低，但仍比激光束更具推进力。根据安得留的计算，他的“粒子束设想”只需使用佛沃德构想所需能量的六分之一，就能把载人宇宙飞船加速到三分之一的光速。不过，他也遇到了难题──宇宙飞船的乘员必须耐受高达1000g 的加速度。在“粒子束设想”中还有一个重大不足：前往恒星这样遥远的地方，根本不可能传递能量，也就是说有去无回。安得留自信地说，虽说是“自杀”，估计还是会有志愿者的……余下的难题和形形色色的构想贝尔布鲁诺坚持认为，目前采用粒子束发送无人探测器是可能的。贝尔布鲁诺现正在构想针尖大小的探测器。因为当探测器只有1 克质量时，即使以亚光速飞行，质量增加也不受影响。但是针尖这么小的东西若丢失不见了怎么办呢？还能在其上搭载通讯装置吗？难题也不少。此外，也有人提出了利用连接“黑洞”和“白洞”间的通道DD“虫洞”等设想……形形色色五花八门的方案层出不穷。但就人类目前的科技水平而言，恒星际宇宙飞行是不可能的。这也说明，我们还没有掌握能实现这一梦想的具体知识和技术，人类还得像以往那样探索相当长的时间。名词解释：1.质子 带正电的基本粒子，和中子一起是原子核的“建筑砖块”。2.反物质 一种由正电子、反质子和反中子构成的原子所组成的物质。反物质的原子由反原子核（反质子和反中子的集合体）及核外运动的正电子构成。3.光子 光量子或电磁辐射的一种基本粒子，不带电，但具有能量。4.量子 是一个单位，某些物理量的数值被限制为这个单位的整倍数，例如光子是电磁场的量子。
第10篇：宇宙中最大的结构宇宙中最大的结构：或许能解答“冷点”之谜宇宙微波背景辐射威尔金森微波各向异性探测器新浪科技讯 北京时间7月28日消息，据国外媒体报道，十多年前，天文学家在测算宇宙温度的时候发现了一些不同寻常的东西。他们发现，天空中有一片区域――跨度约为20个月亮的宽度――温度特别低。
当时，天文学家正在对宇宙中无处不在的微波背景辐射进行测量。宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background，CMB)是大爆炸事件的残留，产生于大爆炸之后不到40万年的时候，通过对其进行测量，可以了解原始宇宙的状态。一个宇宙扩张的模型从地球的角度绘制宇宙微波背景辐射的分布图微波背景辐射覆盖着整个天空，而且所有地方的辐射似乎都差不多，温度也都很低，只有2.725开氏度(K)，仅比绝对零度高一点。不过，利用刚发射不久的威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP)，天文学家能探测到十万分之一开氏度的极细微温度变化。而通过测量宇宙大爆炸之后极短时间内的随机温度变化，可以帮助天文学家更深入地了解宇宙的组成和未来的走向。从这些温度变动数据的分析中，可以明显看到一个“冷点”(cold spot)的存在。多年以来，天文学家提出了各种各样的理论来解释它，包括仪器误差、平行宇宙等等。现在，他们回到了最初的推断：存在着一个超级宇宙空洞，其范围之大，很可能是宇宙中最为巨大的结构。根据这一理论，这样一个巨大空洞――里面不存在任何恒星或星系――能够保留下宇宙微波背景辐射的印记。谜题依然存在，而且还远没有解决。超级空洞在宇宙中的位置宇宙中是否到处存在着纹理和缺陷冷点如何产生冷点并非宇宙微波背景辐射中最古怪的东西。科学家已经发现了其他一些异常现象，如一半天空的辐射信号似乎比另一半要强。宇宙学标准理论曾对微波背景辐射的细节进行了预言，但也无法完全解释这些异常，而冷点是其中最为突出的。对这些异常现象最简单的解释是将它们视为侥幸发生的事件。当你扔一百次硬币时，有20、30甚至50次会看到人的头像朝上。科学家的挑战在于，找出这些异常现象是因为运气，还是因为硬币的其中一面更重。对于冷点，数据显示其侥幸发生的概率仅有1/200。因此，侥幸并非不可能发生，但概率很小。一些科学家提出，冷点是由于仪器的误差导致的，或者是因为数据分析的方式有误。但是，2013年普朗克卫星的观测证实了之前对冷点的探测结果。显然，这意味着需要有一个理论来进行解释。
目前获得最多支持的假说认为，这是一个宇宙超级空洞。宇宙中的所有物质――各个星系和看不见的暗物质――以巨大的网状形式在空间中伸展开来，这个网由各种片层、卷须和细丝构成。网中间空虚的部分被称为“空洞”(void)，形状和大小各不相同。大型的空洞具有类似某种扭曲棱镜的作用，使宇宙微波背景辐射看起来比真实温度更低。这种作用的原理是：当光经过空洞时会损失能量，而且频率会降低，即转移到光谱中更红的一端。与大多数事物一样，光很容易受到引力的影响，后者在光的传播过程中能一直对光子施以作用。然而，在空洞内部，物质的缺乏导致光几乎不会受到任何引力的影响。对光子来说，穿越空洞就如同爬上一座高山，而爬山是要耗费能量的。
不过，光子可以重新获得这些能量。一旦光子穿过空洞，其周围再次充满了物质，在引力的牵引下，光子又重新充满了能量。要使光子失去能量，你需要一个不断扩张的宇宙。在光子穿行于空洞内部时，宇宙也在越来越快地进行膨胀。当光子离开空洞的时候，由于宇宙膨胀，所有的物质变得更加稀薄；而由于物质的分布越来越分散，产生的引力效应就不像原来那么强。这些引力无法像原来一样将光子牵引起来，它也就无法恢复到原先的能量状态。物理学家在20世纪60年代末期提出了这一现象，但至今还没有确实观测的证据。不过，在冷点被观测到之后，许多天文学家，如夏威夷大学的Istvan Szapudi等人就开始寻找这一现象，即萨克斯?瓦福效应(integrated Sachs-Wolfe，ISW)的证据。2008年，他有了发现。光在穿过空洞时会损失能量宇宙的诞生与微波背景辐射的产生令人惊叹的超级空洞由于缺乏数据，Szapudi还无法鉴别出在微波背景辐射中留下印记的单个空洞。相反地，他和同事在100个空洞和星系团的统计分析中，搜寻所有ISW效应的证据。其中，星系团的引力形成了加热效应，并在宇宙微波背景辐射中留下了“热点”。研究者发现了一个真实的ISW效应，它使宇宙微波背景辐射出现了平均约十万分之一开氏度，即10 microkelvin的温度变化。与比宇宙微波背景辐射平均低70 microkelvin的冷点相比，ISW效应显然小很多。不过，寻找ISW效应的意义在于表明空洞能产生冷点。如果一个空洞足够大，那它就应该具备形成冷点的能力。“如果这个冷点是宇宙微波背景辐射中最大的异常，那它就很可能是一个巨大空洞的标志――宇宙中一个极其罕见的空洞，” Szapudi说，“因此，我认为我们现在就应该去寻找它。”Szapudi的第一次尝试是在2010年，结果徒劳无功。由于数据有限，只能覆盖冷点内很小的一部分。有趣的是，这些结果显示在距离地球不到30亿光年的地方，可能存在着一个空洞。2014年，Szapudi和他的团队进行了再一次尝试。这一次他们获得了大量的数据，覆盖了比上一次多200倍的天空面积，并包含了整个冷点。如此庞大的覆盖范围――包括数以千计的星系――整合出了一个“诚意十足”的空洞。这些数据是毫不含糊的。“我们很肯定那里存在着一个空洞，” Szapudi说，“我能以我的房子担保。”而且，这个空洞是巨大的。它的半径是220百万秒差距(220 megaparsecs)，超过7亿光年，这使它成为宇宙中最大(不是最大也是最大之一)的物理结构。Szapudi称，如此巨大的空洞是很不寻常的，宇宙中存在的类似结构可能屈指可数。而且，如此罕见的空洞与冷点――本身就很罕见――重叠，似乎并不仅仅是巧合。Szapudi认为，更有可能的是，正是空洞导致了冷点的形成。事实上，Szapudi计算的结果显示，空洞导致冷点形成的概率是二者刚好一块出现的两万倍。其他科学家并没有这么肯定，如西班牙坎塔布里亚大学的Patricio Vielva。这位在2004年领导发现了冷点的科学家认为，空洞的稀有性仍然存在疑问。如果发现类似的空洞其实广泛存在，那它与冷点的组合就不会如此令人惊奇了。或许这仅仅是个巧合，这也是科学家需要更多数据来判断超级空洞有多罕见的原因。“现在，我认为最重要的一件事是建设，” Patricio Vielva说道。还不够冷事实上，还存在一个更大的问题。超级空洞无法使微波背景辐射变得足够冷。尽管体积如此巨大，但这样的空洞只能使微波背景辐射冷却20 microkelvin。然而，冷点的温度平均比微波背景辐射低了70 microkelvin。在一些区域，温度的降幅甚至达到140 microkelvin。这种差异的一个可能原因是，空洞实际上比测量的结果还要巨大。如果真是这样，那么它的ISW效应就会更强。基于Szapudi等人测量结果的不确定性，空洞的半径可能会延伸到270百万秒差距。Vielva称，即便如此，这个空洞也不足以导致冷点的产生。事实上，根据现有的宇宙学理论，宇宙甚至可能无法形成足够大的空洞。“问题在于，这种效应所需的空洞其实是不存在的，” Vielva说道。如果不是一个空洞，那又会是什么呢？Vielva称，冷点或许源自宇宙纹理(cosmological texture)――宇宙的一种缺陷，如同冰块的裂缝或斑点。在早期的演化中，宇宙经历了一个相转化的过程，类似于水从液态凝结成固态冰的过程。在冰块中，你会发现由于水分子没有排列好导致的裂缝。在宇宙中也存在着类似的纹理。2007年，Vielva参与的研究发现，如果一个纹理存在，它可能会通过ISW效应产生出冷点。不过，宇宙纹理依然只是理论上的概念，没有任何证据显示它们真的存在。荷兰格罗宁根大学的天文学家Rien van de Weijgaert 说：“纹理是一个很不错的想法，但我们还没有线索来证明它们是否真的存在。”van de Weijgaert称，对大多数天文学家来说，超级空洞依然是最好的解释。“到目前为止，它还是被视为最可信的选项之一，”他说，“对于它产生的效应大小你可以有疑问，但它并非完全不可信。”当然，空洞假说确实很有趣，但温度的矛盾需要首先解决。更多的数据将会为天文学家提供帮助。例如，更多的观测将使天文学家获得更多有关空洞体积和性质的准确数据。他们也可能在超级空洞前方发现一个更小的空洞，能进一步使微波背景辐射降温。或许，冷点之所以如此寒冷，只是因为超级空洞刚好处于一个原本微波背景辐射温度就较低的区域。即使目前还无法获得更多的数据，我们也不必苦恼。英国达勒姆大学的天体物理学家Carlos Frenk说：“在现在这个点上，由于不确定性过于巨大，我们不应该为此牺牲太多睡眠。”他的直觉是，有了更多的数据和分析，超级空洞将最终成为正确的答案。如果真是如此，那冷点将成为代表一个物体――超级空洞――通过ISW效应留在微波背景辐射上的印记。这一设想非常重要，部分是因为超级空洞本身就非常巨大。超级空洞的重要性可能还体现在另一方面，Szapudi说：“我们有了另一个研究暗能量的方式，而暗能量是宇宙中最奇异的东西。”ISW效应的发生，源于宇宙膨胀的速度越来越快，而推动宇宙膨胀的神秘力量正是暗能量。通过测量超级空洞的ISW效应，天文学家便能探测暗能量的影响，并更好地理解暗能量的本质。不过，就目前而言，关于冷点谜题的求解还在继续。“我们并不知道故事的结局是什么，” Carlos Frenk说，“我想没有任何人知道。” /gongwen/html/yuzhouzhongyizhide_67424.html}