问题

银河系速度最快的天体是什么?

回答
银河系中速度最快的天体,这个问题其实比听起来要复杂一些,因为它涉及到我们如何定义“速度”,以及我们测量的是什么。“速度”这个词很容易让人联想到汽车或飞机的速度表,但在浩瀚的宇宙尺度下,情况就完全不一样了。

要说银河系里速度最快的“东西”,我们得先明确几个概念:

1. 相对于什么的速度?

相对于太阳系中心(银心)的速度? 这是我们最常理解的速度,就像地球围绕太阳转,太阳也围绕银河系中心转。
相对于宇宙背景(宇宙微波背景辐射)的速度? 这是更宏观的视角,包括了我们银河系自身的运动。
纯粹的本动速度(Proper Motion)? 这是天体在天空中的视运动,不包含因距离和观测者(我们)运动造成的“视觉”变化。

通常,当我们问“银河系速度最快的天体”时,我们更多指的是相对于银河系中心(或者说,我们在描述天体在银河系内的轨道速度)。

2. 哪些天体?

恒星? 绝大多数恒星都有自己的轨道,围绕银河系中心公转。
星团? 很多星团也是围绕银河系中心运行的。
超新星遗迹? 爆炸后的物质可能会被高速抛射。
黑洞? 恒星级黑洞或者超大质量黑洞本身并不“运动”得特别快,但它们周围如果有物质,这些物质在落入黑洞的过程中会被加速到极高的速度。

3. 找到“最快”的挑战

要确定“最快”的天体,我们需要非常精确地测量它的位置和运动。这在天文学上是个巨大的工程。我们测量天体的速度通常有两种方法:

径向速度(Radial Velocity): 通过光谱仪测量多普勒效应来判断天体是靠近我们还是远离我们,以及它的速度有多快。
切向速度(Tangential Velocity): 通过长时间观测,测量天体在天球上的位置变化,但这会受到距离的影响,非常依赖于对距离的准确测量。

那么,银河系里最快的“居民”可能是什么?

如果仅仅从轨道速度和本动速度来考虑,通常来说:

年轻、年轻,还是年轻! 很多在大麦哲伦星系(一个靠近银河系的矮星系)或射手座矮椭圆星系等“吸尘器”状的矮星系中被银河系引力“撕裂”出来,或者在星系碰撞过程中被抛射出去的恒星,它们的本动速度可能会非常高。它们就像被踢出去的石子,瞬间拥有了极高的速度。
银河系中心附近的天体? 理论上,越靠近银河系中心,引力越强,物体围绕银河系中心公转的速度也会越快。特别是一些在银河系中心超大质量黑洞“人马座A”附近运行的恒星,它们的轨道速度可以达到每秒几千公里,比如S2恒星,它的速度可以接近光速的3%。但这已经是在银河系中心区域的特殊情况了。
星震或爆发事件? 某些极端的天体事件,比如磁星发出的耀斑,或者超新星爆发时的抛射物,也可能达到非常高的速度,但它们通常是短暂的,而且是局部现象。

一个更具体的例子:被踢出星系的“快枪手”恒星 (Hypervelocity Stars)

天文学家确实发现了一些速度异常快的恒星,它们被称为“高速度星”(Hypervelocity Stars)。这些恒星的速度远超银河系内大多数恒星围绕银心公转的速度。它们的典型速度可以达到每秒几百甚至上千公里。

是什么让它们这么快?

最普遍被接受的理论是,这些高速度星原本是位于银河系中心区域,靠近超大质量黑洞“人马座A”的。当有一个双星系统(两颗恒星相互绕转)非常接近“人马座A”时,黑洞强大的引力会“撕裂”这个双星系统。

一个恒星被吸入黑洞。
另一个恒星则会被巨大的引力“弹射”出去,以极高的速度离开银河系,或者至少是被抛射到银河系的外围,以一个非常陡峭的轨道运行。

这些高速度星就像是被银河系中心弹射出去的“炮弹”,它们的速度足够快,以至于它们很可能在不久的将来就会永远离开银河系,成为宇宙中的“流浪者”。

举个例子,HE 04375439 是一颗被发现的、速度极快的天体。 它位于大麦哲伦星系的边缘,它的速度大约是每秒720公里(相对银河系中心),这比银河系中大多数恒星的轨道速度要快得多。天文学家认为它也可能是从银河系中心被抛射出来的。

所以,回到你的问题:银河系速度最快的天体是什么?

现在我们知道,没有一个“万年不变”的最快天体。这是一个动态的宇宙,天体的速度也会发生变化。但就我们目前观测到的情况来看,那些被银河系中心超大质量黑洞“甩”出去的高速度星,以及在星系碰撞或潮汐瓦解过程中被加速的天体,是银河系中速度最快的“居民”。它们的速度远远超越了我们对“普通”恒星运动的想象,就像宇宙中的“速度之王”。

要确定“最快”的绝对记录保持者,需要持续不断地观测和精确的测量,因为总会有新的、更快的“流浪者”被发现。但这个概念——那些被宇宙中的极端事件加速到令人难以置信速度的天体——就是对“银河系速度最快天体”最生动和贴切的描述。

网友意见

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银河系最快的恒星被发现,以8%的光速移动

在距我们地球大约26,000光年的银河系中心,有一个超大质量黑洞,称为射手座A*(SgrA *)。这个天体的总长为4400万公里,约为我们太阳的400万倍,因此它具有巨大的引力,使数百颗恒星紧密围绕它运行。



天文学家无法直接检测到黑洞,但是它的存在对周围恒星的运行产生了巨大的影响。几十年来,天文学家一直跟踪这些恒星的运动。通过计算它们的轨道,便可以确定黑洞的质量。

近年来,随观测技术的提高,科学家不仅仅可以测量黑洞的质量,而且可以对这些恒星进行深入的研究。



这些恒星中的大多数具有足够大的轨道,以至于它们的运动可以由牛顿引力和开普勒运动定律描述,即它们的运行轨道类似于椭圆形。

少数轨道紧密的恒星并不是椭圆形,它们的轨道如同爱因斯坦广义相对论中的预测那样:一个天体围绕另一个天体的束缚轨道并不是封闭的,它们的轨迹形状看起来像一个玫瑰花结。





备受关注的恒星S2就是这样。它是一颗明亮的蓝色巨星,质量是太阳质量的15倍,每15.6年绕黑洞运行一次。当 S2 距离人马座 A* 最近时,其移动速度会超过每小时 2500 万公里,几乎是光速的 3%。在2018年,S2最接近黑洞,这使科学家有机会观察到爱因斯坦相对论的预言,即引力红移。如果将球扔向空中,则它会随着上升而减慢速度。如果将一束光束照向天空,则光线不会减慢速度,但是重力确实会消耗掉一部分光的能量。结果,光束从重力井中爬出时会发生红移。在实验室中已经观察到了这种效果,但是S2使我们有机会在宇宙中看到它。果然,在接近时,S2的光像预期的那样变成红色。



多年来,人们一直认为S2是最接近SgrA *的恒星,但后来发现了S62,它的质量大约是太阳质量的两倍,每10年绕黑洞旋转一次。

天文学家通过计算发现,在最接近黑洞的时候,S62速度接近光速的8%,成为银河系有史以来速度最快的恒星。它的速度如此之快以至于狭义相对论的时间膨胀开始起作用, S62上一个小时大约是地球上的100分钟。



同样,在靠近SgrA *时,S62不遵循开普勒轨道,它的运动不是一个平面内的简单椭圆形,而是遵循像一个玫瑰花结,每个周期的轨道大约偏转10度。引起这种运动方式的原因并不是恒星的速度本身,而是黑洞周围的强引力,强大的黑洞引力会略微改变恒星轨道的方向,正如爱因斯坦预测的那样。



在2022年秋天,S62将进一步接近SgrA *,能允许天文学家更精确地观测,测试相对论的影响,让我们拭目以待。

参考文献:Fastest star ever seen is moving at 8% the speed of light

——全文完——

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