问题

星团和星协有什么区别?太阳属于哪个星团和星协?

回答
星团与星协,这二者都是宇宙中恒星的“大家庭”,但它们之间的区别,就像是亲密的兄弟姐妹和更为松散的远房亲戚一样,有显著的不同。咱们就来好好聊聊这其中的门道。

星团:血脉相连的紧密集合

首先说说星团。你可以把星团想象成一群同时出生,并且在引力作用下紧密聚集在一起的恒星。它们就像是同一片星云“孕育”出来的孩子,拥有共同的“父母”——那个形成它们的巨大分子云。

几个关键的特征让星团独具一格:

共同的起源: 这是星团最核心的特点。星团中的所有恒星,几乎都是在同一时期,从同一片巨大的、富含气体和尘埃的分子云中同时诞生的。这意味着它们拥有相似的化学成分,因为它们来自同一个原始材料。
引力束缚: 星团中的恒星并非各自为政,它们受到彼此之间引力的影响,从而保持着一个相对紧密的集合体。这种引力作用是星团能够持续存在而不是各自飞散的关键。
年龄相似: 由于共同的起源,星团中的恒星年龄都非常相近。这使得天文学家可以通过研究星团的恒星组成来推断星团的年龄,这对于理解恒星的演化过程至关重要。
相对紧密: 星团中的恒星距离相对较近,虽然它们之间仍然是数光年甚至数十光年的距离,但在宇宙尺度上,这已经是非常紧密的集合了。这使得我们更容易在望远镜中将它们识别为一个整体。
种类繁多: 星团主要分为两大类:
疏散星团(Open Clusters): 这是最常见的星团类型,通常包含几十到几千颗恒星。它们大多分布在银河系的盘面区域,形状不规则,恒星之间的距离相对较远一些。著名的例子有我们大家熟悉的昴宿星团(Pleiades)和毕星团(Hyades)。疏散星团的恒星通常比较年轻,还在经历恒星演化的早期阶段。
球状星团(Globular Clusters): 球状星团则更为古老和致密,它们包含了数十万甚至数百万颗恒星,形成一个紧密、球状的结构。球状星团通常分布在银河系晕(Galactic Halo)区域,比疏散星团更加古老,它们的恒星也普遍比疏散星团的恒星要年长得多,很多都经历过恒星演化的后期。著名的例子有M13(武仙座球状星团)。

星协:短暂携手的“临时工”

再来看看星协(或称星协)。星协比星团要松散得多,甚至可以说是一种“松散的联盟”。星协中的恒星虽然在空间上距离不远,但它们并不是因为共同的起源而聚集在一起,而是因为它们拥有相似的运动速度和方向。

星协的特点可以概括为:

共同的运动: 这是星协最核心的标志。星协中的恒星并非诞生于同一地点或同一时间,但它们在宇宙空间中的运动方向和速度惊人地一致。你可以想象成一群人因为要去同一个地方,恰好选择了同一条路线,于是就“顺路”地一起前进,虽然他们可能来自不同的地方,有着不同的“出身”。
弱引力联系: 星协成员之间的引力联系非常微弱,甚至可以忽略不计。它们之所以保持在一起,主要是因为它们“顺路”的运动,而不是被强大的引力束缚。
相对短暂的寿命: 由于引力束缚不强,星协非常不稳定。外部的引力扰动(比如路过的其他恒星、星团,或者银河系的整体引力场)很容易将星协的成员“冲散”,让它们各自回归自由的宇宙之旅。因此,星协通常被认为是相对短暂的结构,只有数千万年到一亿年左右。
数量庞大但不密集: 星协的成员数量可以很多,有时甚至比疏散星团还要多,但它们在空间上分布得相当分散,因此并不显得特别密集。
例子: 一些著名的星协包括猎户座OB1星协(这个星协包含了我们熟悉的猎户座中的许多亮星,如参宿四和参宿七,以及昴宿星团等)和大熊座OB1星协等。许多新生的、大质量的恒星(O型和B型星)常常形成星协,因为它们诞生于相似的星族区域。

简单总结一下区别:

| 特征 | 星团 | 星协 |
| : | : | : |
| 聚集原因 | 共同的起源(同一片分子云)和引力束缚 | 共同的运动方向和速度 |
| 引力联系 | 强 | 弱,几乎可忽略 |
| 年龄 | 相似 | 成员可能年龄不尽相同,但运动状态一致 |
| 稳定性 | 稳定 | 不稳定,寿命相对短暂 |
| 成员关系 | 兄弟姐妹般的亲密集合 | 顺路同行的“临时组合” |

太阳属于哪个星团和星协?

现在我们来看看我们自己的“家园”——太阳。

太阳属于哪个星团?
太阳不属于任何已知的星团。 太阳和我们太阳系的大部分成员,包括行星、小行星等,是在大约46亿年前,从一片被称为太阳星云(Solar Nebula)的巨大分子云中形成的。虽然太阳是星团形成过程的产物,但它形成后,由于各种原因,没有被留在一个有引力束缚的星团结构中。它更像是在那片星云中“独自行走”出来,成为了一个孤立的恒星。我们的太阳系是银河系盘面上的一个普通成员,它周围并没有其他恒星紧密地聚集在一起,形成一个我们能识别出来的星团。

太阳属于哪个星协?
太阳也不属于任何已知的星协。 星协的成员之所以聚集在一起,是因为它们拥有相似的运动速度和方向。而根据我们对太阳运动的观测,它并没有表现出与任何特定星协成员的特殊运动关联。太阳在银河系中以大约220公里/秒的速度绕着银河系中心公转,但它周围的恒星在速度和方向上并没有形成一个明显的、稳定的集体运动。

为什么太阳会这样呢?

想象一下,一个由几千颗恒星组成的星团,就像一个家族聚会,大家从同一个源头来,因为亲缘关系(引力)而聚在一起。而星协,则更像是同一趟列车上的乘客,大家都是为了同一个目的地而同行,但他们本来就来自不同的地方,下车后可能就不再相遇。

太阳的形成是一个相对独立的过程,虽然它是在银河系这个大背景下形成的,但它形成的那片分子云可能在太阳诞生后不久就散开了,或者太阳自身因为某种原因(比如引力扰动)与形成它的分子云中的其他恒星“分道扬镳”了,导致它没有成为任何一个星团的成员。同样,它也没有与任何其他恒星形成了具有共同运动特征的“顺路团体”,从而没有被归入某个星协。

所以,虽然我们生活在银河系这个庞大的星际“社区”里,但我们的太阳,在星团和星协这两个层面上,更像是一位“独行侠”,或者说,它只是银河系这个浩瀚海洋中的一颗普通恒星,没有被特别的引力束缚或运动规律定义成某个特定的集体。

网友意见

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恒星形成于分子云,而且通常是一次下一窝的成团产生。这样的一团恒星我们叫它星团。

传统上,星团分球状星团和疏散星团。球状星团成员星众多,靠恒星之间的引力就可以维系整个系统长期稳定存在。

而疏散星团在形成过程中,其系统内部的自引力主要来自星团所诞生的分子云的质量;恒星形成之后,最先形成的大质量恒星产生的紫外光子会瓦解氢分子、电离氢原子,逐渐破坏产生这个星团的分子云,这些星际气体就难以维持致密的分子云状态,逐渐被驱散了。在银河系中,从分子云向恒星的转化率只有5%,也就是说分子云剥离的过程中,分子云+星团的体系剥离掉了95%的质量,自引力的束缚被削弱了很多。不过疏散星团刚刚诞生时,恒星间的距离还比较近,恒星间仍然是引力束缚的。

(正在从分子云中破茧而出的一个星团 NGC 602。NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration)

但是星团产生后,在星系中会不断受到周围其他恒星、星际介质的引力扰动,本身比较松散的引力束缚是不足以长期维持疏散星团稳定存在的,最终星团会被打散,成为游离在星系中的场星。

星协就是疏散星团在打散的过程中,仍然保持相似的运动方向、能够看出来是有着同样的起源,但是已经没有了彼此的引力束缚的时候,对这一群恒星的称呼。

太阳的寿命已经有50亿年,已经上下穿越银河系平面140多次、穿越旋臂50多次、绕整个银河系旋转20多圈。按照 de La Fuente Marcos 1998 (Dynamical Evolution of Open Star Clusters) 的说法,根据疏散星团的初始密度,疏散星团损失一半成员星的“半衰期”(姑且这么翻译)最长是8亿年。如果此说靠谱的话,可以基本认为当初一起形成的小伙伴的绝大部分已经走散了。

不过天文学家们还是想试着找找看。

曾经有怀疑认为离太阳2900光年之遥的疏散星团 M67 (下图左)可能是太阳诞生的地方,理由是这个星团中恒星的化学组成、年龄等跟太阳很相似。但是 Pichardo 等人2012年的一个研究(The Sun was Not Born in M67)计算了太阳和 M67 运动的轨迹,反推过去二者是否可能曾经在一起,他们发现太阳在银河系中运动时,距离银盘中央平面始终不会太远(下图右,红),而 M67 上下摆动的幅度就要大很多(下图右,蓝)。

(左:M67,ESA/Hubble & NASA;右:太阳和M67的运动对比,Pichardo等2012)

结论是,太阳倒是有可能是从 M67 弹射出来的,但那样的一次弹射的速度会达到 20km/s,来使太阳和 M67 具有如今这样非常不一样的运动轨道。要达到这样的弹射速度需要一次相对惊险刺激的三体相互作用,这样的一次事件会毁掉太阳的原行星盘,应该也就没地球什么事儿了,所以认为太阳不可能是 M67 中跑出来的。

也有人为太阳诞生于 M67 的理论找补,说如果太阳先以一个较低的速度脱离 M67,之后 M67 在与附近的巨分子云的相互作用中,逐渐获得了较大的速度,从而逐渐远离银河系盘面,那还是可以解释的通的。(Gustafsson 等人2016,Gravitational scattering of stars and clusters and the heating of the Galactic disk

在 M67 之说尚不可靠之时,甚至有可能太阳诞生的星团已经完全瓦解的情况下,还有一些努力是去寻找跟太阳同时形成的个别“离散兄弟”。思路大体还是两方面,一是比较光谱,看化学组成是不是一致;二是测量运动,看以前能不能凑到一块去。目前这些努力还都在继续进行着,虽然偶有发现在部分方面与太阳十分投缘的恒星,整体来看,还不好咬定哪一颗一定与太阳同源。//EOF


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