天文
银河系七大奇观
请随我一起，进行一次令人兴奋的银河系最壮观景点之旅——从巨大黑洞和暗物质“河流”，到钻石行星、原始恒星以及一个宇宙级镜子大厅。
过去十年里，航天器已经将太阳系中真正让人惊叹的目的地照片传回。火星上被古代洪水掩埋的河道被发现。探测器还飞过土星冰月 Enceladus 浮上来的湍流喷泉。我们甚至飞越过冰冷的冥王星。但是，如果我们能够扩大视野，往更远的地方看呢?
让我们假设，我们可以像参观景点一样，随心所欲地在银河系中漫游。我会带你去哪些地方?首先，有超大质量黑洞、奇特的脉动星和类地行星。除了观赏壮观景象外，我们还可以从中找到一些重要线索，解释从第一个恒星形成到来自外层空间奇特无线电信号来源，以及地外生命的一些大问题。下面是为观光银河系提供的指南。
S1流
观看暗物质“河流”通过太阳系
让我们从一个环绕整个银河系的恒星河流开始旅程。要真正欣赏S1流，我们必须改观尺度大小，因为它的长度和宽度以数千光年计算。我们的太阳系就像亚马逊河中的一粒砂砾。
要找到S1流的来源，我们需要回溯近90亿年前银河系动荡时期。从外面看，银河系周围环绕许多“矮星系”，它们绕银河运行轨道。但是，当有一个星系太靠近时，它就成为银河系并吞的牺牲品。
不幸的矮星系被破坏，但个别恒星继续在银河系的恒星间空间移动——主要是稀薄的空间。如今，这些延伸的恒星流仍然很明显。2017年，使用伽利略空间望远镜，天文学家发现94颗恒星运动方向与银河系其他恒星不同。为确认理论，他们检测这些天体化学成分，发现它们比本地银河系恒星含铁量低。证据确凿:S1流就是古老矮星系残骸留下的。
我们不能从S1流解开暗物质这个物理学上最顽固的迷题。几十年前，通过观测银河运动速度高于应有速度，天文学家推断银河系中还存在其他我们无法看见的物质。类似的恒星运动测量也表明，矮星系尤其富含暗物质。所以S1流主要是一条暗物质“河”，恰好进入我们的太阳系。但根据研究，如果使用我们最好的探测器掠过，可能有助于识别暗物质的一些形式。然而事实上，我们完全可以在地球进行同样的探测。
Proxima Centauri b
造访我们邻居家的可能适居星球
到目前为止，我们在银河系其他恒星周围发现了超过5000颗系外行星。但暗藏在银河系中的其实有数以万亿计的其它世界——每颗恒星平均都有着一颗行星。
如果我们能到访任何一颗系外行星，最理想的当然是生命可能存在的行星。问题是，我们不知道生命是否可以在与地球不同的条件下产生，也不清楚行星形成过程中可能出现的环境范围。所以，最稳妥的选择就是类似我们地球的行星。
过去一年里，詹姆斯·韦伯望远镜发现远方行星大气中存在着二氧化碳、甲烷和水蒸汽的迹象。但我会选择的行星是Proxima Centauri b，它环绕离我们最近的恒星半人马座α运行。
我们目前还不知道这个世界表面实际条件如何。它的主星是质量只有太阳八分之一，亮度比太阳低近千倍的红矮星。这对Proxima Centauri b来说很适合，否则它会被灼烤成碳。但它可能拥有生命存在的理想环境。
根据它的恒星光源计算，Proxima Centauri b的平衡温度为-39°C。然而，如果它有适当的大气层，温室效应可能会将温度提高。停留在这里，我们可以直接观察其大气成分，进而推断这个世界上是否存在海洋或冰川。
即便这颗星球毫无生命迹象，我至少能向你保证，在这里将会看到银河系最壮观的日落。Proxima Centauri b每11天就环绕主星一次轨道运行，并且潮汐锁定，一面永远享受着白天，另一面则永远沉浸在黑夜里。如果我们能承受住，将欣赏到一个真正的外星景象:日落将永远垂悬在天际。
参宿增十
如果运气好，可以目睹一场超新星爆发
我们下一个目的地是一个巨大异常老迈的恒星，它以1万倍于太阳的光度闪耀。许多人在冬夜都曾看到它，在离子座的腋下发出深红色的光芒。其实它正在进行不稳定的恒星演化，随时可能爆发成为超新星。
这颗名为参宿增十的巨星太重了，如果它处在我们的太阳系中心，就可以容纳成千上万个太阳。它之所以这么大，部分原因是它一开始就是个重星，但主要原因是它已经步入生命的最后阶段，内部核聚变结束后膨胀开来。
这颗名为参宿增十的巨星太重了，如果它处在我们的太阳系中心，就可以容纳成千上万个太阳。它之所以这么大，部分原因是它一开始就是个重星，但主要原因是它已经步入生命的最后阶段，内部核聚变结束后膨胀开来。
这通常预示着生命的终点即将来临。氦核聚变只能支持恒星继续生存几百万年。一旦氦耗尽，恒星就会疯狂地将更重的元素，如碳、氧等燃烧以维持核心的反应。它可以用上几百年的时间燃烧碳，六个月的时间燃烧氧。最后剩余的一天内将寻求通过燃烧硅来维持核聚变，但当一切元素耗尽后，核聚变反应就会突然停止。
当核聚变结束时，恒星外层质量由于引力坠向核心。当外层物质以接近光速的速度撞击核心时，将产生一个巨大的激波从而引发超新星爆发。这就是一场能比十亿颗恒星还要明亮的超新星爆发。
多年来，天文学家一直密切关注参宿增十，以期解开其恒星演化的秘密以及何时将发生爆发。今年早些时候，科学家通过研究参宿增十的脉动规律得出结论，它已经进入了燃烧碳的最后阶段，意味着在未来几百年内很可能发生爆发。但也有天文学家认为，它明亮程度不断的改变是因为被来自恒星的尘埃气流遮蔽所致。如果是这样的话，参宿增十还有几十亿年的寿命。
飞临此处将告诉我们参宿增十真正的状态。我们甚至有可能亲眼目睹宇宙中最壮观的火焰表演之一 - 超新星爆发时从恒星外层辐射出来的各种颜色波浪。当然前提是我们的航天保险能抵挡超新星爆发的巨大能量。即使从地球观测，一旦参宿增十爆发，它的光芒将可亮如同满月，持续数周之久。
PSR J1719-1438 b
观赏一颗钻石行星
有时，一个天体不完全符合我们对“行星”定义。解开这个谜团的关键就在距地球约4000光年远的一个奇怪太阳系。在这个系统的中心是一颗高速自转的中子星脉冲星，它发射出强大的辐射束像灯塔一样环绕着。绕着这个脉冲星运行的是一个意义模糊的世界——PSR J1719-1438 b，而它本身曾经也是一个恒星。
通过观测这一奇特共转系统，天文学家计算出这个天体密度特别高——比地球高四倍，而地球是我们太阳系内密度最大的行星。唯一的解释就是PSR J1719-1438 b主要由结晶碳所构成，换句话说，这是一个巨大的钻石行星。
科学家推测，它形成过程应该是脉冲星强辐射侵蚀掉一个白矮星的外层，只留下结晶核心熠熠发光。如今被星际尘埃覆盖和脉冲星辐射加热的行星表面可能已经黑暗了。只有近距离访问它，我们才能了解真相。我们甚至可能发现PSR J1719-1438 b其实不是一个钻石行星，而是一个由奇特“夸克物质”组成的物体。这种理论上的物质状态在粒子被更紧密挤压的情况下可能会出现。
Sculptor矮星系
见证早期宇宙的代理人
Sculptor矮星系似乎只是银河系边缘绵软的一丝光晕——它是我们这个银河游览之旅的最后一个目的地。不过乘车300000光年也是值得的，因为这个邻居星系将带我们回到了宇宙深处的过去。
138亿年前大爆炸之后，宇宙还是暗淡无光的。所谓的“黑暗时代”持续数亿年，直到第一颗星星照亮天幕为止。
这些第一代星体我们称之为“第三星族星”。它们与今天银河系内恒星截然不同。数代恒星生死后，越来越重的元素如氧、碳被加入到新的一代中，从而改变了恒星的成分和特征。但第一代星体完全没有这些材料，它们只含有大爆炸后短暂时间内产生的氢、氦和少量锂。结果，第三星族星规模要大得多，温度也更高。
这些第一恒星在宇宙演化中扮演关键角色。它们的规模和密度将揭示第一所星系形成和发展的线索。JWST已经找到其中的某些迹象。但观测这么远的对象只能得到低分辨率影像，无法满足我们对它们结构的渴求。
这里就是Sculptor矮星系参与这个故事的地方。它大多数古老恒星形成时间约为120亿年前，仅晚于第一个星星少许。其中一颗恒星AS0039的元素组成异常贫乏，似乎就是直接来自于一颗第三星族星残骸。以望远镜近距离研究它，将帮助我们透视那个遥远岁月中的奥秘主人公。
本文译自 New Scientist，由 BALI 编辑发布。