[비즈한국] 昴宿星團（Pleiades）是冬季夜空中最著名的景點之一。在金牛座附近，可以清晰地看到一團緊密聚集的、極其明亮的藍色恆星。長期以來，因為肉眼可見其中最亮的七顆星，它被稱為“七姐妹”或“七公主”星團。然而，最近的一項研究揭示了一個事實：昴宿星團竟然隱藏著多達數千顆的“親戚”。事實上，構成昴宿星團的恆星沿著銀河系橫跨了整個天空，延伸出長長的軌跡。
過去，昴宿星團常被認為只是一個近距離的疏散星團。在肉眼看來，它只有七顆亮星，人們一度以為它只是一個直徑約15光年、聚集了約1000顆年輕恆星的狹小區域。但這次發現徹底顛覆了我們對昴宿星團的認知：構成它的恆星至少還有3000顆，而且星團的實際規模比我們已知的至少大了20倍！
銀河系的恆星誕生於巨大的分子氣體雲中。當氣體雲在重力作用下收縮時，內部便會誕生一顆顆原始恆星。在一個巨大的分子云分裂成多個小碎塊的過程中，新的恆星成群結隊地誕生。隨著時間流逝，氣體散去，留下了緊密聚集在一起、又冷又熱的年輕恆星，形成了“疏散星團”。昴宿星團正是這樣誕生的疏散星團之一。
生活在疏散星團裡的同齡恆星並不能永遠在一起。在銀河系引力的束縛下，隨著繞軌道執行，由於銀河系整體引力的影響，星團的形態會逐漸紊亂，部分恆星會散落到星團之外。就像童話中漢賽爾與格蕾特沿路丟下的麵包屑一樣，正在瓦解的星團也會沿著軌道丟棄掉落的恆星。昴宿星團在經歷這一過程時，也將原本聚集在一起的成員散佈到了銀河系的空間中。
天文學家利用凌日系外行星巡天衛星（TESS）和蓋亞（Gaia）空間望遠鏡，花了大約一個月的時間仔細搜尋了夜空的每一個角落，試圖尋找昴宿星團的“親戚”。Gaia是一臺在測量銀河系中恆星精確距離方面表現卓越的望遠鏡。從2014年到2025年任務期間，Gaia捕捉到了沿著銀河系發光的8.8億顆恆星的精確三維地圖及其運動軌跡。有趣的是，TESS最初的設計目的並非觀測星團，而是尋找繞其他恆星旋轉的系外行星。與之前的開普勒空間望遠鏡一樣，它利用凌日現象——即系外行星繞行時導致恆星亮度週期性變暗的原理進行觀測。
然而，恆星亮度週期性變暗也可能是因為外行星以外的原因，最典型的就是恆星表面出現的黑斑，即“黑子”。當帶有黑子的恆星自轉時，若黑子一側面向我們，恆星亮度就會暫時變暗。透過測量恆星變暗的頻率，就能計算出其自轉速度，進而得知自轉週期。原本為觀測系外行星輪廓而設計的太空望遠鏡，意外地獲取了恆星自轉週期這一新資訊！
恆星的自轉週期非常重要。通常恆星隨著年齡增長會逐漸變老，自轉速度也會減慢。透過測量恆星的自轉速度，可以間接測定其年齡。天文學家正是利用這一原理找出了昴宿星團丟失的親戚們！
昴宿星團的恆星誕生於約1億年前。如果存在其他同期出生的親戚，它們不僅在化學組成上與現有的昴宿星團成員相似，年齡也應該同樣在1億年左右。此外，它們的執行軌道也應與昴宿星團幾乎一致。
天文學家利用Gaia和TESS對銀河系進行了徹底搜尋，篩選出軌道和速度與昴宿星團幾乎一致的候選星，隨後比較了它們的化學成分，最後透過TESS觀測到的黑子週期測定自轉速度，挑選出了符合1億年前誕生、並因時間流逝而減速的恆星。這些恆星在軌道、化學組成以及透過自轉週期推算的年齡上，這“三要素”完全吻合！這些因素僅僅出於偶然並完美匹配的機率極低。只要所有條件都契合，極大機率可以認定這些恆星與昴宿星團同源。
這樣新發現的恆星竟然有3000顆之多！而且，這些恆星遠遠超出了我們熟悉的昴宿星團區域，沿著銀河系在夜空中勾勒出了一條巨大的帶狀長鏈。
大約1億年前，昴宿星團誕生時，恆星密度比現在更高、聚集得更緊密，就像現在的獵戶座星團一樣。但隨著時間流逝，早期完成演化的恆星發生了超新星爆發，餘波導致許多恆星散落到星團外。此外，在過去1億年裡，星團作為一個整體在銀河系中高速穿行，受到銀河系整體引力和潮汐力的影響，經歷了拉伸和解體的過程。散落的恆星沿著昴宿星團的軌跡留在了路上。只是因為它們淹沒在銀河系的其他恆星之中，人們長期以來未能察覺。
這一發現也為“為何準確測量昴宿星團的距離如此困難”提供了重要線索。儘管昴宿星團非常有名，但其準確距離一直存在爭議。早期測量將其距離推算為約430光年，但隨後的依巴谷衛星（Hipparcos）測出其距離僅為390光年，引發了爭論。這可能是因為昴宿星團本身正在解體和拉伸，星團中恆星分佈拉伸的方向正好與地球的觀測視線平行。從側面看，恆星看起來雖然在狹小的區域內聚集，但從縱向看可能分佈得非常長。也就是說，根據選定的標準星不同，測量出的距離會產生偏差。
這一發現展示了利用恆星自轉週期來繪製銀河系恆星分佈圖並追溯其起源的廣闊前景。事實上，此前關於銀河系恆星流的研究多集中在年齡較大的球狀星團或矮星系上。因為古老恆星的化學組成更容易區分，且球狀星團的軌道與銀盤內其他年輕恆星有顯著不同。出生於銀盤的年輕恆星都在銀盤平面內軌道執行，很難區分誰屬於哪裡、哪裡出生。相比之下，球狀星團會脫離銀盤，在銀暈中穿行，軌跡迥異。因此，當討論解體的星團或矮星系留下的“星跡”時，人們通常關注年齡大的球狀星團。
然而，本次發現證明了利用恆星自轉週期來測定較年輕的疏散星團成員的年齡並區分其起源是完全可能的。此外，利用原本旨在搜尋系外行星的太空望遠鏡資料，引發出意想不到的新發現，這一點非常有創意。我們長期以來用於研究銀河系“遠古歷史”的方法，如今也可以作為理解銀河系“近代史”的工具。
今晚，讓我們再次抬頭仰望夜空中閃爍著藍光的昴宿星團。想象一下雖然肉眼不可見，但在它前方和後方延伸的昴宿星團的其他成員。隨著視線從一側地平線移動到另一側，想象昴宿星團在解體過程中散落的無數恆星蹤跡。你可以感受到在我們頭頂上，明亮的銀河之河與昴宿星團留下的溪流共同奔湧的壯麗景象。
參考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae0724#sidr-main
https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-spacecraft-triples-size-of-pleiades-star-cluster/
作者Ji Ung-bae是？他熱愛貓和宇宙。小時候看到《銀河鐵道999》後，立志傳播宇宙之美。目前擔任世宗大學自由專業學院助理教授，從事演講和寫作等多種科學傳播活動。著有《每天一片宇宙》、《星光璀璨的宇宙科學家們》、《雖無法到達卻能瞭解》、《望著宇宙時湧現的奇異問題》等書，並翻譯了《給真正宇宙旅行者的搭車指南》、《我是如何殺掉冥王星的》、《量子人生》、《Cosmigraphics》等作品。