□ 供稿/赵冬瑶

1. 首次在银河系中心发现双星系统

超大质量黑洞并不像我们想象的那么具有破坏性。近日，由德国科隆大学的科学家领导的团队，在银河系中心的超大质量黑洞（Sgr A*）附近发现了一个双星系统。这是首次发现双星系统围绕着超大质量黑洞运动。《自然通讯》杂志于2024年12月17日刊登了此次的观测发现。

双星系统在宇宙中非常常见，但它们从未在超大质量黑洞附近被发现。天文学家认为，那里强大的引力会使恒星系统很不稳定。此次发现的双星系统被命名为D9，是研究团队利用甚大望远镜观测距离Sgr A*很近的恒星群时所发现的。研究人员分析了甚大望远镜的光谱数据，并惊讶地发现，D9的光谱数据显示出恒星速度的反复变化。研究人员还检查了长达15年的光谱数据档案，确定了恒星速度确实存在变化。这就明确表明D9拥有两颗相互绕转的恒星，是一个双星系统。

此外，研究人员还发现，D9显示出恒星周围存在气体和尘埃的明显迹象，这表明它可能是一个非常年轻的恒星系统。经过估计，它的年龄只有270万年，其很大概率是在超大质量黑洞附近形成的。研究人员还指出，Sgr A*的强大引力，很可能会在短短一百万年内使D9中的双星并合成一颗恒星。虽然D9的双星会存在上百万年的时间，这似乎是一个漫长的时间，但考虑到太阳年龄约为46亿年，百万年实际上只是宇宙中的一瞬。D9的双星系统只提供了一个宇宙时间尺度上的短暂窗口，而研究团队在合适的时间捕捉到了它们！

多年来，天文学家认为超大质量黑洞附近的极端环境，会阻碍新恒星的形成。然而，在Sgr A*附近已经发现了一些年轻恒星，推翻了这一想法。此次D9双星系统的发现，进一步表明，超大质量黑洞附近的环境虽然非常恶劣和具有破坏性，但可能比想象中的稳定，双星系统也能在此形成并短暂地蓬勃发展。

D9的发现还能帮助天文学家更深入地理解了Sgr A*附近恒星群中的G天体。有一群恒星在距离Sgr A*非常近的轨道上运行，其中最神秘的就是G天体。它们的行为像恒星，但看起来却像气体和尘埃云。D9为G天体的分析和确认提供了新的线索。研究团队提出，G天体可能曾经是像D9这样的双星系统，它们在超大质量黑洞的引力作用下被迫并合，留下一团剩余物质围绕着其他尚未并合的双星。

D9的发现甚至可能可以让天文学家推测超大质量黑洞附近行星的存在，因为这些行星通常是在年轻恒星周围形成的。所以现在看来，在银河系中心发现行星似乎只是时间问题了。

2. 有史以来最近距离飞掠太阳

2024年12月24日11∶53GMT，帕克太阳探测器（PSP）创造了新的历史，以史上最接近太阳的距离飞掠了太阳。从来没有一个人造物体如此接近一颗恒星，PSP实现了在太阳附近的未知领域收集信息，以帮助科学家们对太阳实现更加深入的了解。

PSP于2018年8月发射升空，任务目标是“触摸太阳”，即不断接近太阳，直至距离太阳足够近，并穿过太阳的上层大气——日冕。此前的60多年来，科学家们对一些问题一直困惑不已：为什么日冕比太阳表面（光球层）热得多？太阳风如何加速？高能太阳粒子的来源是什么？通过此次任务，这些问题将有望得到解答。

为了抵达这个前所未有的距离，PSP需要受到严密的保护，以避免太阳的高温辐射对其造成影响和破坏。根据估计，探测器在实际飞掠时会经受高达980摄氏度的高温炙烤。经过设计建造，探测器前方放置了一个11.43厘米厚的碳纤维复合材料的防护罩，可承受高达1377摄氏度的温度；而探测器处于防护罩后方约1米的位置，这保证它可以基本处于室温下。防护罩可以同时允许PSP指向太阳，并让日冕物质接触到探测器。

PSP具有七年的任务期，在其不断接近太阳的过程中，会完成24次对太阳的绕转。实际上，PSP在2021年就已经首次穿过了日冕，当时距离太阳表面约1050万千米，但还没有到达设计的离太阳的最近距离。此次在平安夜的飞掠，是PSP第22次近距离接触太阳，并且是目前为止距离最近的一次，距离太阳表面仅有约620万千米，只有水星与太阳距离的约1/10。此外，此次PSP飞掠的速度也是惊人的。通过之前7次飞越金星为自己加速，PSP此次的飞掠速度达到了约69.2万千米/小时，足以在一分钟内从北京飞到洛杉矶，同时也打破了它自己保持的最快人造物体的记录。

此次最近距离的飞掠是具有挑战的。实际上，自12月20日之后，此次飞掠就完全依靠PSP的自主控制了。12月20日，在向地球发射了最后一次信号后，PSP就进入了自动飞掠模式，并与地球短暂地失去了联系。在设计中，如果PSP成功飞掠太阳并存活下来，那么科学家们在12月27日左右可以再次接收到PSP的信号。在忐忑中度过了圣诞节之后，直到12月26日的最后时刻，科学家们才收到了来自PSP简单而又备受期待的信号，这表明探测器在飞掠中幸存了下来，并且状况良好。这令科学家们非常兴奋，因为PSP再次创造了历史；在人类从未涉足过的空间里，它收集到了宝贵的数据，并开启了研究太阳的全新时代。

2025年1月1日，PSP任务控制中心接收了它的第一批遥测数据，进一步确认了PSP运行正常。第一批科学数据（包括图像或其他观测数据）需要到1月底左右，才可以从PSP下载。此次的飞掠并不是结束。探测器计划于2025年再完成两次飞掠太阳，分别在3月22日和6月19日。飞掠的距离和速度将与此次大致相同。

3. 月岩年轻而月球古老

月球于何时形成一直是科学家们关心的问题。月球的年龄可以通过分析其岩石样本推测得出。然而，利用不同的岩石样本，推测出的月球年龄具有较大差异，形成时间从43.5亿年前到45.1亿年前不等，相差了上亿年。近日，由来自美国、德国和法国的科学家团队发表了他们的最新研究结果，提出月球在大约43.5亿年前经历了再熔化过程，这导致月球的地壳岩石年龄显得更年轻，而月球的实际年龄要老得多。相关文章于2024年12月18日刊登于《自然》杂志。

科学家们目前普遍认为，在太阳系早期，一块大小与火星相当的岩石撞上了仍然年轻的地球，从而形成了月球。月球上的岩石由于含有放射性同位素，因此可以帮助揭示月球年龄。事实上，当岩石开始冷却时，其中的同位素才会被锁定在其成分中，之后开始衰变，地质时钟此时就开始滴答作响。由于同位素的衰变时间已知，因此可以根据其含量推断出月球岩石的年龄。然而，目前存在一个不可忽视的矛盾之处。

几乎所有的月球岩石样本都指向更年轻的年龄，即大约有43.5亿年的历史；但一些罕见的硅酸锆晶体，即锆石，却要古老得多。这是为什么呢？此次的研究团队将解释集中在了火山活动上。火山活动的历史对于确定地壳岩石的年龄具有决定性作用，强烈的火山活动可能会重新加热月球的岩石，从而重置月球的地质时钟。研究团队好奇月球是否经历过这样的阶段。

在远离地球的过程中，月球轨道的位置和形状会发生变化。在月球与地球距离约为今天距离的1/3时，研究人员对这个时期进行了重点研究。在通过计算后他们指出，此时的轨道更加椭圆一些，月球也会受到地球引潮力的不断挤压和拉伸，导致其内部不断变热。今天，木星的卫星木卫一也正在经历着类似的情况。木卫一围绕木星运行的轨道也呈椭圆形，它不断被木星巨大的引潮力潮汐加热，成为太阳系中火山活动最活跃的天体。早期的月球甚至可能与木卫一相媲美。

研究人员经过计算，被潮汐加热后，月球内部的热流足以熔化和搅动整个地幔。虽然在这个阶段，月球内部的熔岩海洋从未覆盖整个月球，但在几百万年的时间里，来自内部的热量会逐渐到达月球表面的每一部分，使大部分的地壳岩石液化，甚至可能液化数次。因此，大部分的月球岩石样本可能不会揭示它们的原始年龄，而只会揭示它们此次被强烈加热时的年龄。在熔岩未触及的个别地方，锆石颗粒的地质时钟则不受影响。这就成功解决了月球岩石年龄的矛盾。结果表明，月球本身的实际年龄在44.3亿至45.1亿年之间，而剧烈的火山活动在大约43.5亿年前重新塑造了月球的地壳。

4. 冥王星“亲吻和俘获”冥卫一

2025年1月6日，《自然地球科学》杂志刊登的一项最新研究结果，更新了我们对于冥王星及其卫星冥卫一形成过程的理解。由美国亚利桑那大学的科学家领导的团队，发现了一种全新的天体碰撞类型，这对于数十年来我们对冥王星和冥卫一所形成的科学假设，构成了挑战。

观测表明，冥卫一作为卫星，相对于冥王星来说非常巨大。它的大小是冥王星的一半，质量是冥王星的12%。它们实际上近似是一个双星系统。相比之下，月球是地球大小的1/4，而太阳系中最大的卫星木卫三，只是木星大小的约1/28。与太阳系中任何其他的行星-卫星系统相比，冥王星与冥卫一，二者的关系更像是地球和月球。

对于有的行星，它们可以通过引力俘获的方式获得卫星，比如木星和土星。然而，由于冥卫一对于冥王星来说有些过大，冥王星很难以引力俘获的方式获得它。几十年来，科学家们一直认为冥卫一的形成过程与月球类似，即通过碰撞俘获过程。对于地球，一个大型天体与之发生大规模碰撞之后，所产生的高温和地球的较强引潮力，会使天体以类似流体的方式拉伸和变形。这种过程很好地解释了地月系统的形成。然而，在碰撞俘获的背景下研究冥卫一的形成过程时，还有一个额外的因素需要考虑：温度较低的冰质和岩质天体的结构强度有所不同。这是此前的研究通常忽略的。

此次研究中，在利用亚利桑那大学高性能计算集群对冥卫一的形成过程进行模型时，研究人员首次在碰撞俘获过程中考虑进了结构强度。模拟结果出人意料并引人注目。在同样的撞击条件下，如果假设冥王星和冥卫一没有结构强度，冥卫一会被吸收，它们会最终并合成一个更大的天体。然而，考虑进实际的结构强度后，模拟表明，冥王星和冥卫一则只会短暂地“亲吻”在一起，作为一个雪人形状的天体旋转，然后分离成我们今天观测到的双星系统，并最终处于现如今观测到的轨道上。

大多数的行星碰撞都被归类为“撞击后逃离”或“擦撞后并合”。研究团队此次发现了一种完全不同的情况——“亲吻和俘获”。天体碰撞后，短暂地粘在一起，然后在保持引力束缚的情况下分离。模拟表明，这种“亲吻”非常短暂，只持续10-15小时，并且冥王星和冥卫一在此过程中基本保持完整，大部分的原始成分都被保留了下来。研究团队认为，冥王星和冥卫一的这次碰撞可能发生在太阳系历史的早期，约在太阳系形成后的数千万年时。

此次的研究将启发和帮助科学家们，对其他拥有大型卫星的大型柯伊伯带天体进行探究。

5. 系外行星的大气成分不同于诞生地

一项新研究表明，此前被广泛接受的行星形成图景可能过于简单了。天文学家一直认为，在成分上，正在发育的行星（即原行星）应该与诞生它们的原行星盘相似。但是，最近由美国西北大学的天文学家领导的团队指出，这种成分相似的可能性比之前认为的要低。他们发现一颗原行星的气体成分与其所在的原行星盘的气体成分存在显著差异。研究结果发表于2024年12月18日的《天体物理学报通信》。

目前的理论认为，在刚刚形成的恒星周围，会形成由气体和尘埃构成的原行星盘。在数百万年的时间中，气体和尘埃在引力作用下不断聚集在一起，逐渐形成行星。由于行星诞生于原行星盘，就像孩子会长得像父母，天文学家认为，尤其是在原行星阶段，它们的化学成分应该相似。

此前，天文学家对于原行星阶段的研究进展比较缓慢。这是由于之前的观测技术很难直接观测到早期阶段的行星，后者被气体和尘埃包裹住了。通常，当行星变得可观测时，它们就已经足够成熟，其周围的原行星盘又早已消散。而直到最近，天文学家才能够直接观测到原行星盘中还在成长的行星。这个系统就是PDS 70。

PDS 70是目前已知的唯一一个原行星盘中观测到原行星的行星系统，非常适合研究行星在诞生环境中的形成和演化。PDS 70距离地球约370光年，其原行星盘中包裹着两颗羽翼未丰的气态巨行星：PDS 70b和PDS 70c。此次研究的目标为PDS 70b，其质量和大小均约为木星的三倍。PDS 70b距离主星约为日地距离的20倍，完成一次公转需要119.2年。天文学家估计其年龄为500万年，非常年轻。

之前的研究已经分析得到了PDS 70b所处原行星盘的气体成分。此次要分析PDS 70b的大气成分，研究团队需要观测和提取来自PDS 70b的光谱，而这面临着挑战。当一颗非常暗淡的行星与一颗非常明亮的恒星相邻时，要分离出行星的光线从而确定其大气成分，是非常困难的。研究人员利用了新开发的光电技术，分离出了PDS 70b的光线，并使此前原本难以辨识的微弱谱线特征变得清晰可见，使研究人员得到了PDS 70b非常详细的光谱。

通过谱线数据，研究团队获得了有关PDS 70b大气中水和一氧化碳的信息。这是第一次测量出正在形成的行星的大气化学成分。研究人员据此推导出了PDS 70b大气的碳氧比，然后将其与原行星盘中的气体的碳氧比进行了比较。研究人员最初预计它们应该是相似的。但结果却显示，PDS 70b大气的碳氧比远低于原行星盘的中的相应数据。这令人非常惊讶。

研究团队提出了两种可能的解释。一是PDS 70b是在原行星盘被碳增丰之前形成的。二是PDS 70b可能是通过吞噬大量固体物质、而不仅仅是吞噬气体而成长起来的。因此，此次的研究结果可能告诉天文学家，系外行星的形成远比想象中的复杂，行星的固体成分可能不能被忽视。

6. “闪烁萤火虫”揭示银河系早期演化

在大爆炸后仅6亿年的宇宙中，韦布空间望远镜发现了一个小质量星系，它仍处于其形成阶段的早期，并不同于之前在同时期内，韦布发现的那些大质量星系。它被视为是银河系在宇宙早期的对应体，对于现如今占大多数的普通星系而言，这有助于天文学家能对他们的早期演化过程有更多的了解。研究文章发表于2024年12月11日的《自然》杂志。

此次能够在宇宙早期发现这个小质量星系，得益于两个原因。其一，源于引力透镜的帮助。一个巨大的前景星系团通过引力透镜效应明显地“放大”遥远的背景星系，增强了它们的亮度，使它们可以被望远镜探测到。其二，由于韦布非常优秀的性能。韦布的高分辨率和高灵敏度，以及它处于红外的工作波长，使它可以探测到遥远的暗弱星系，提供相关的详细图像和光谱数据。

在韦布的图像中，研究人员被10个处于弧形中的闪闪发光的星团所吸引，并且它们还被柔和弥散的光晕所包围。研究人员确认了它们处于大爆炸后约6亿年的宇宙中，并重建了它们没有被拉伸的样子：10个星团被类似细长雨滴形的光晕所包围，其中8个星团集中分布在光晕中部，另外2个星团分别分布在光晕上部。每个星团的质量在10万至100万个太阳质量之间不等。这个结构被研究人员认为是一个早期星系。如果可以“时光倒流”，在银河系形成早期时对其称重，那么这个星系的质量与彼时的银河系质量相似。此外，由于该星系看起来像温暖夏夜里的一群闪光的萤火虫，因此它被命名为“闪烁萤火虫”（Firefly Sparkle）。

研究团队没想到能把一个存在于宇宙早期的星系分解成这么多不同的组成部分，更不用说发现它的质量与我们自己星系在形成过程中的质量相似了。因此，这个星系可以揭示关于银河系早期演化的许多线索。研究团队发现，“闪烁萤火虫”是一个仍处在形成过程中的星系，其中星团的恒星形成处于许多不同的阶段，即内部恒星形成并不是在这个星系中同时发生的。“闪烁萤火虫”拥有这样多样化的星团，每个都经历着不同的演化阶段，能够分别看到它们非常神奇。此外，这些星团还没有稳定地形成在中央核球或星系盘中，这是该星系仍在形成的另一个证据。借助“闪烁萤火虫”，天文学家目睹了一个星系被一砖一瓦地组装起来。

研究人员估计，“闪烁萤火虫”还需要数十亿年才能完成形成过程。虽然这个演化的具体过程还很难预测，但研究人员证实了有两个伴星系处在“闪烁萤火虫”的旁边。其中一个伴星系相距只有6500光年，而另一个伴星系相距42000光年。作为对比，如今已经完全形成的银河系大小可以达到约100000光年，可以把这三个星系都容纳进去，暗示着这三个非常接近的星系可能会最终并合。天文学家早就预测，早期宇宙中的星系是通过较小星系的相互并合形成的，大家可能正在见证这个过程。

（责任编辑　卢瑜） IK6tN0UGBrf32yjsNW/FNkablQXdliT8og1EhCAOKQ8SpYOoUsQmY+qzMw69Mj1l