隱藏在星空中的演化樹

Paula Jofré想要繪製銀河系中每一顆恆星的星系譜系,這就像是追蹤你的家譜,如果你的祖父母是超新星的話。

36歲的Jofré是一名天體物理學家,她專注於研究恆星的內部生命和歷史。她測量恆星發出的光的波長,以此確定恆星包含哪些化學元素,以及元素的比例。

然後,她做了一件不尋常的事情:從生物學中借用一種技術來追蹤恆星的演化。Jofré利用現代恆星的化學組成來追蹤其恆星祖先如何在銀河系中移動,就像一個考古學家檢測古人類遺骸中的DNA以追蹤一個族群的歷史一樣。她最著名的工作,也是她最引以為傲的研究,用這些化學元素作為DNA的替代物,繪製了銀河系恆星的第一個譜系圖。

追蹤恆星的譜系

她是在劍橋大學一個藝術史學生組織的活動上獲得這個想法的,那時她還在做博士後研究。在那裡,她遇到了劍橋大學的人類學家Robert Foley,他向她展示了演化樹如何追蹤隨著時間的推移,一個物種內各個成員之間的關係。突然間,她意識到,恆星也會把自己的一部分遺傳給下一代。她想著,也許恆星的演化也可以追溯到過去。

很快,Jofré和Foley就在劍橋大學食堂的晚餐上敲定了“恆星譜系”計畫。他們兩人一致認為,恆星顯然不像動物那樣繁殖,但是瀕死的恆星確實會將它們的化學物質傳遞下去。

這是因為恆星會形成碳、鐵這樣的重元素。當恆星死亡時,它們往往爆發並將這些元素散布到整個宇宙。新一代的恆星由包含這些元素的坍縮氣體雲產生,因而也就從上一代恆星中吸收了元素。

這樣就誕生了一個“家族”。來自於相同氣體雲的恆星應該具有幾乎相同的化學組成,類似於兄弟姐妹擁有類似的DNA。這個類比非常接近,Jofré、Foley和同事建立了一個三分叉的演化樹來表示太陽與其21顆姐妹恆星之間的關係。(結果發表於2017年的《皇家天文學會月報》)

研究小組還報告說,其中兩個分叉是已知的分組——一個由銀河系薄盤中的恆星組成,另一個是圍繞著薄盤的更古老的厚圓盤中的恆星組成。第三個分叉揭示了新的聯繫,這表明Jofré的技術不僅僅是映射已知的恆星關係,還能夠揭示出關於過去恆星孕育的新信息。

隱藏在星空中的演化樹

○ Paula Jofré和同事們從生物學中借鑑了一些技術,繪製出了太陽與其21顆姐妹恆星之間的化學關係。三個主要的分叉出現了:銀河系薄盤中較年輕的恆星(紅色,包括太陽),銀河系較分散的厚盤中更為古老的恆星(深藍色),以及位於兩者之間的第三個分支(淡藍色)。六顆恆星(黑色)與其他恆星之間沒有明確的關係,但是更多的觀測可以幫助將它們聯繫在一起。| 圖片來源:P. Jofré et al/Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2017

Jofré說,通過擴展到更多的恆星族群,“就能夠利用這些演化樹來研究我們整個星系的演化,這非常激動人心。“

其他天文學家認為,這項技術雖然有點不正統,但是非常具有獨創性。澳大利亞國立大學的天文學家Kenneth Freeman表示:”Paula Jofré給我的印象是非常有創新精神,她會看到其他研究人員看不到的東西。“

牛津大學的Payel Das是銀河系項目的合作者,也是Jofré的密友,他稱讚Jofré作為一名研究人員”非常勇敢“,”她很自信,這很好。我認為,我們現在尤其需要這種信心,因為我們正在經歷女性在物理學和科學領域的危機。”

恆星家族之外的小家庭

面對少有人走的道路,Jofré從不迴避。在她從聖地亞哥一所女子高中畢業之前,一位指導顧問向她的同學們講述了選擇一份能夠給家庭留出時間的職業的重要性,比如說,一個人不應該選擇像天文學這樣的職業。

全班人都看著Jofré,因為她從孩提時代就對天文學感興趣。然而,這個瞬間更加堅定了她的決心:“這個女人想要說,請不要這樣做,這反而成為了我告訴自己,‘請這樣做‘的理由。”

隱藏在星空中的演化樹

○ 天體物理學家Paula Jofré想要追蹤恆星的譜系。  | 圖片來源:MARÍA CECILIA ABARCA/UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES

關於天文學和家庭是否能夠相容的問題比Jofré預想中更快出現:她和她的伴侶Thomas Maedler的第一個孩子在他們完成博士學位之前就出生了。他們的第二個孩子則是在她第一輪博士後研究期間出生的。作為他們研究生班裡唯一的父母非常艱難,“只有你一個人的時候,你會覺得很孤獨。”Jofré說。

然而,與那位指導顧問的警告相反,為人父母一直是他們兩人的堅實基礎,並幫助他們把注意力集中在重要的事情上。“我們不是滿腦袋論文、論文、論文。我們四個人永遠是一個小小的原子核,一個四處走動的小小原子。”

對於Jofré來說,科學與家庭密不可分——不僅是太陽的“家族”,還有她自己的家庭。

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