科學家如何為星星「稱重」?

2017.09.07 09:56AM
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科學家如何為星星「稱重」?

草根影響力新視野 編譯 鍾藝

來源 :

How Do Scientists 『Weigh』 Stars?

HAV

圖片來源:ESA/Hubble & NASA

星星是位於數萬億英裡外的星體,但是當我們從地球觀測到時,它們在夜空中看起來就是一個微小的閃亮點,看上去如此渺小的星星到底有多重?相信這是很多人有過的疑問。在一項新研究中,天文學家精確測量了位於地球附近的一顆白矮星的質量,確認這顆星已經到了其生命周期的終點。 但是科學家們究竟是如何「衡量」白矮星質量的呢?

Embry-Riddle航空大學工程物理學教授特里·奧斯瓦爾特(Terry Oswalt)最近在一份關於白矮星質量測量的文章中表示,正如天文學家測量恆星、行星和星系的質量一樣,我們唯一的辦法就是通過太空中的引力相互影響來測量白矮星質量。換句話說,如果一顆衛星在木星周圍軌道上,可以通過測量地球上重力對衛星軌道的影響來估計木星的質量。

這樣的計算方法也可以用在星星上,Oswalt解釋說,如美國航空航天局的開普勒太空望遠鏡,可以通過測量行星在其軌道上吸引星星而產生的微小變化來獲得幫助科學家測量星星質量的相關信息。

Oswalt認為,當兩顆星星繞彼此軌道而行時,就像二進位恆星一樣,天文學家可以使用所謂的多普勒效應來測量它們的運動。然而,這種研究方法的採用要求對象是可觀察的。Oswalt表示:「有幾種間接的方法可以從光譜估計出一顆星的質量,但是這些方法的使用有嚴格的控制條件,比如最重要的一點就是要有可見光。對於正在變暗的白矮星,黑洞來說,天文學家難以用望遠鏡觀察到他們,因此從光譜入手的研究方法不再適用。因此科學家只能找尋其他的研究方法——從重力對光的影響入手。」

愛因斯坦的方程E = mc ^ 2中,他認為能量和質量是相通的,光是能量,它和質量一樣,也受到重力的影響。愛因斯坦還預測,由於物體受重力拉動,來自遠處的物體的一束光將會發生略微的彎曲。大型物體(比如恆星)可以造成空間的扭曲,物體使時空扭曲的程度取決於物體的質量。

Oswalt與其研究團隊,在愛因斯坦的研究基礎上,利用「引力透鏡」效應計算出星球的質量——當一顆遙遠恆星發出的光線射向地球觀測者時,隨著其在一顆白矮星附近產生的光彎曲,這顆恆星的位置也發生了輕微晃動。這一扭曲的數量使得研究人員能夠直接計算出這顆白矮星的質量——大約相當於太陽質量的67%。

知識補充(來源:百度)

白矮星是一種低光度、高溫度、高密度的恆星。因為它的顏色呈白色、體積比較小,因此被科學家命名為白矮星。

白矮星是出於生命末期的恆星,主要由碳構成,外部覆蓋一層氫氣與氦氣。白矮星在億萬年的時間裡逐漸冷卻、變暗,它體積小,亮度低,但密度高,質量大。根據觀測資料統計,大約有3%的恆星是白矮星。但科學家通過推算分析認為,白矮星應佔全部恆星的10%左右。太陽最終也將變為一顆白矮星。

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