任何物質(zhì)都是有始終的,那跨度幾十億年乃至幾百億年的恒星,具體年齡是如何計(jì)算的呢?
巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的天文學(xué)家大衛(wèi)·索德布洛姆說:“太陽是我們知道的唯一一顆恒星的年齡?!?。“其他一切恒星的具體年齡計(jì)算,都是以太陽為參照啟動(dòng)的?!?/p>
現(xiàn)在,科學(xué)家們對(duì)恒星是如何誕生、如何生存和如何死亡都有很好的把握。例如,恒星燃燒氫燃料,膨脹并最終將氣體排入太空,無論是砰的一聲還是嗚咽聲。但當(dāng)恒星生命周期的每個(gè)階段都發(fā)生時(shí),事情就變得復(fù)雜了。根據(jù)它們的質(zhì)量,某些恒星在不同的年份后達(dá)到這些點(diǎn)。更多的大質(zhì)量恒星在年輕時(shí)死亡,而質(zhì)量較小的恒星可以燃燒數(shù)十億年。
即使是研究得很好的恒星,科學(xué)家們也時(shí)不時(shí)地感到驚訝。2019年,當(dāng)紅色超巨星參宿四變暗時(shí),天文學(xué)家不確定它是否正在經(jīng)歷一個(gè)階段,或者是否即將發(fā)生超新星爆炸。當(dāng)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)太陽的行為與其他中年恒星不同時(shí),太陽也發(fā)生了變化。與其他年齡和質(zhì)量相同的恒星相比,它的磁性沒有那么活躍。這表明天文學(xué)家可能還沒有完全理解中年的時(shí)間線??梢姡瑴y(cè)量一顆恒星的年齡并不像你想象的那么容易。
基于物理和恒星年齡間接測(cè)量的計(jì)算可以給天文學(xué)家提供大致的估計(jì)。有些方法對(duì)不同類型的恒星更有效。以下是天文學(xué)家計(jì)算恒星年齡的幾種方法。
1、旋轉(zhuǎn)速率
到了20世紀(jì)70年代,天體物理學(xué)家已經(jīng)注意到一種趨勢(shì):年輕星團(tuán)中的恒星比老星團(tuán)中的恒星旋轉(zhuǎn)得更快。1972年,天文學(xué)家安德魯·斯庫馬尼奇(AndrewSkumanich)利用恒星的旋轉(zhuǎn)速度和表面活動(dòng)提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來估計(jì)恒星的年齡:旋轉(zhuǎn)速度=(年齡)-?。
幾十年來,這一直是單個(gè)恒星的常用方法,但新數(shù)據(jù)在其實(shí)用性方面存在漏洞。事實(shí)證明,有些恒星在達(dá)到一定年齡時(shí)不會(huì)減速。相反,它們?cè)谟嗌斜3窒嗤男D(zhuǎn)速度。
2、恒星地震學(xué)
證實(shí)自轉(zhuǎn)率不是估計(jì)單個(gè)恒星年齡的最佳方法的新數(shù)據(jù)來自一個(gè)不太可能的來源:尋找系外行星的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡。開普勒不僅僅是對(duì)系外行星研究的恩惠,他通過長時(shí)間盯著同一顆恒星將恒星地震學(xué)推向了前沿。
觀察恒星的閃爍可以提供其年齡的線索??茖W(xué)家們將恒星亮度的變化視為地表下發(fā)生什么的指示器,并通過建模粗略計(jì)算恒星的年齡。要做到這一點(diǎn),我們需要一個(gè)非常大的恒星亮度數(shù)據(jù)集——開普勒望遠(yuǎn)鏡可以提供這個(gè)數(shù)據(jù)集。
這種方法有助于揭示太陽的中年磁危機(jī),最近也為銀河系的演化提供了一些線索。大約100億年前,我們的星系與一個(gè)矮星系相撞??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),該矮星系留下的恒星比銀河系原始恒星更年輕,或與銀河系原始恒星的年齡大致相同。因此,銀河系的進(jìn)化速度可能比以前想象的要快。
3、另外,隨著NASA的TESS和歐洲航天局的CHEOPS等太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)新的天空區(qū)域進(jìn)行觀測(cè),天體物理學(xué)家將能夠更多地了解恒星的生命周期,并對(duì)更多恒星做出新的估計(jì)。
除了對(duì)我們本系恒星的好奇之外,恒星年齡的影響還超出了我們太陽系的范圍,從行星的形成到星系的演化,甚至包括對(duì)地外生命的探索。