星系的自我吞噬——金牛座的头正被银河切碎

简介：疏散星团是指由数百颗至上千颗由较弱引力联系的恒星所组成的天体，直径一般不过数十光年。毕宿星团是位于金牛座的著名疏散星团。由于疏散星团中恒星间的引力很小，星系本身的引力都可以将这些恒星从星团中拉出。这些脱离的恒星会形成两股尾巴，一条靠近星系中心，一条远离星系中心。天文学家团队通过对这一现象建立计算机模型，可以更好地了解星团的形成方式以及星团随时间的变化。而且，它甚至可以勾勒出暗物质团块的位置。（暗物质通过星团会导致其产生变化）

如果你在晚冬或者早春时分到户外看看猎户座的右侧（当然是在北半球），你就会看到一个V字形明亮的星系，这就是金牛座的头部。这些大量的恒星实际上是毕宿星团的一部分星系群，距离地球145光年，是这类星团中离地球最近的。

如今，这个星团随着时间的推移正在逐渐消融，其内部恒星在缓慢漂离。这个过程已经持续一段时间，靠近这个星团的恒星已经被观测到正在逐渐远离他，形成了2条长长的称为潮汐带的尾巴。

新的理论研究发现，然而，这个尾部比原先认为的更长，这也提供了更多很久以前就离开毕宿星团的恒星的关键。

猎户座（左）宽广的星空，金牛座V字形（中间靠右）与昴宿星团（右），2021年3月5日，资料来源：菲尔·帕莱特.

猎户座（左）宽广的星空，金牛座V字形（中间靠右）与昴宿星团（右），2021年3月5日，资料来源：菲尔·帕莱特.

一些恒星单独形成或者在一个很小星团中形成，但是一些巨大的气体和尘埃星云能产生更大的恒星群。这些称之为开方星团，其中可能有数百个恒星，它们被彼此间引力松散地束缚着，以至于每颗恒星都绕星团中心运行，一般来说，它们只有几十光年宽。

随着时间的推移，引力相互作用往往会让质量更大的恒星陷入到星团中心，质量较小的恒星则向外围移动。在足够大的距离上，星系本身的引力可以把这些边缘的恒星拉出星团，释放它们。

壮观的毕宿星团，组成了公牛金牛座的头和角。资料来源:罗格里奥·贝尔纳尔·安德雷奥

请注意，星团也在绕银河系中心运行。所以，如果一颗恒星以这样一种方式被拉离星团，它会失去轨道能量，会向银河系中心落下一点。在较低轨道运行的恒星运行得更快(就像离太阳最近的行星水星运行得最快)，所以任何像这样的恒星都会被拉到星团的前面。如果星系通过给恒星更多的能量将恒星拉出星团，它将进入更高的轨道并减速，之后挂在星团尾部。

模拟了毕宿星团的演化过程。左边是星团绕星系运行时的宽视图，右边是一张展示星团中形成长尾潮的恒星的照片。资料来源:杰罗波科娃等人，A&A, 2021年

随着时间的推移，离开星团的恒星会形成两条长长的流光，其中一个稍微靠近银河系中心，在星团的前面移动(称为前臂),另一个稍远一点，落在后面(拖臂)，形成一个整体的拉长的s形。

毕宿星团是一个中年星团，有6 - 7亿年的历史，因此，这种情况有足够的时间发生,问题是如何找到这些恒星,该星团位于银河系的平面上，在这里，前景和背景中有数千甚至数百万颗恒星，这使得寻找丢失的星团恒星变得困难。然而，盖亚卫星已经绘制了超过10亿颗恒星的位置和速度，使用盖亚的数据，并假设它们共享星团的大部分速度(换句话说，假设它们漂移得很慢)，在毕宿星团尾部发现了许多恒星。

这项新研究对此进行了研究,一组天文学家从一个计算机模型开始，该模型描绘了星团中恒星是如何诞生的，并修改了它，加入了其他物理因素，比如星团旋转(如果有一个整体的旋转，它会更容易失去恒星，因为离心力)。他们发现，恒星离开星团的速度比预想的要快，而且他们不仅可以预测额外的速度，还可以预测这些恒星的方向。

他们再次观察了盖亚的观测数据，从1亿颗恒星开始，根据新的数据将它们缩减到只有几百颗。他们能够准确地预测潮汐尾的形状，并在其中添加了许多新恒星，发现一些距离星团2600光年远的恒星!

毕宿星团组成了金牛座的头，金牛座是天空中的公牛(粉红色的星星)。这个模拟首先在天空中显示了星团，然后在潮尾中添加了新发现的恒星，然后再以三维的方式显示我们星系中的恒星。资料:欧洲航天局/盖亚/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO;致谢:S. 乔丹/ T. 撒里斯塔

他们还发现，它们的尾巴不是均匀的，而是聚集在一起的。部分原因是由于恒星离开星团时的物理作用与它们自己绕着银河系运行时造成的。它们可以在离星系团一定距离的地方堆积起来，在星系团的尾部形成块状物。

然而，毕宿星团的尾巴比这更奇特。在星系团前面移动的前尾比后尾要明显得多，事实上，后面的那一个相当少，恒星明显少得可怜。

很奇怪的。是什么导致的呢？

一张天空地图显示了毕宿星团的恒星的位置(洋红色的星星和用绿线标出的星座;注意猎户座在左边)包括主尾(右)和低密度尾(左)。资料来源:欧洲航天局/盖亚/DPAC, CC BY-SA Zoom In

事实证明，银河系并不只是恒星的平滑分布。当然有星团，但也有大量的尘埃和气体云，如果星团经过其中一个，引力会在一定程度上扰乱尾部。模型表明，要在毕宿星团的尾部造成这么大的麻烦，不过，它必须经过一些非常大的物体，1000万倍太阳质量，不久之前。但在星系团附近却看不到这样的景象。

作者认为这一丛可能还存在，这可能是暗物质团存在的第一个明确证据，一些星系形成模型预测这种神秘物质的凝块应该存在。它们也会绕银河系运行，除了引力作用，它们是看不见的。有可能这就是影响了毕宿星团尾巴的原因，虽然不确定。也有可能模型预测是错误的，是毕宿星团很久以前就穿过了一团气体云，所以现在离得更远了。现在就对暗物质团块做出确凿的论断还为时过早，但这一发现相当有趣。

这项新工作仍然很酷，看起来它将有助于更好地理解集群是如何形成的，以及它们是如何随着时间变化的。如果它能用于标注地图上的位置，当然，甚至是存在（暗物质团块），那么它将被证明对天文学家非常有用。

我们仍然不知道太阳是独自诞生的，还是像毕宿星团一样形成了一个星团。我们对它们(以及星系本身)了解得越多，我们就能更好地追溯我们自己的起源。

BY: phil-plait

FY: 龙城D哥

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