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宇宙之精彩天体十三

2014-06-27  负鹏载舟
(科普2013-06-25 19:32:33)

宇宙之精彩天体十三
右图圆圈内的小亮点,虽然不是很起眼,但是它代表一项天文学上的重要发现——第一次侦测到棕矮星也会发出闪焰!棕矮星在天文学家的专业术语里,代表一种“失败的恒星”,它们的质量太低,以致于核心的温度从来没有高到可以触发氢融合,它们完全靠重力塌缩所转换来的能量,发出微弱的红外光。LP944-20就是一颗这种昏暗的棕矮星。据估计,它的大小是太阳的十分之一,但是质量只有太阳的百分之六,换句话说,只有木星的六十倍。位在南天天炉座的这颗棕矮星,距离我们只有16光年,所以天文学家对它做过很完整的研究。不过,最近这颗棕矮星让天文学家非常吃惊,它竟然产生了一个X射线波段的爆闪!下面这张钱卓拉X射线观测站的影像,呈现1999年12月LP944-20的状态和它附近的星野。在左半边的影像中,可以看到在头9小时的观测,LP944-20并没有任何异常,但在第10小时的观测中,这颗棕矮星突然产生一个相当强的X射线闪焰。棕矮星如何产生这种高能量的闪焰呢?很可能是棕矮星表面附近的物质湍流,扯断了纠结的磁场线,造成被加速到很高能量的物质喷发。棕矮星很昏暗,所以要侦测到它们并不容易,不过天文学家相信,在星系内部,棕矮星可能是一种很常见的天体。

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类星体距离的记录又被打破了,现在宇宙中没有任何天体的距离,比下图箭头所指的类星体还要远。天文学家是靠量测类天体光谱的红位移量,来推断它们的距离,虽然在目前红位移量和距离之间的关系,还是有些不确定性,不过红位移量愈高,代表天体的距离愈远是肯定的。而这个最近发现的类星体,它的红位移量高达5.82,这意味着它的距离可能有120亿光年。也就是说,我们现在所看到的这个类星体的光,可能是在宇宙年龄少于10亿年时所发出的,当时宇宙的年龄不到现在的十分之一,那个时候还没有我们可爱的地球。和其它的类星体很相似,这个类星体可能是一个核心有颗大黑洞的遥远星系。不过,先不急着合上你的记录登记簿,因为国际上正在进行的巡天计划(SDSS)所发现的其它类星体之距离,正在被分析和确认之中,而有些类星体的红位移量可能会超过6,换算成距离可能会超过125亿光年。

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著名的蟹状星云(M1)是公元1054年 (北宋至和元年)一颗恒星爆炸所留下的遗骸,它的内部到处都是神秘的细丝状结构。古中国的天文官详尽地记录了这个壮观的超新星爆炸。天文学家会认为这些丝状物很难理解,是因为它们的总质量比这次超新星爆炸所拋出的要少,而它们的膨胀速度,也比自由膨胀的速率要来得高。在下面这张由极大型望远镜发布的照片里,色泽代表电子在蟹状星云各个区域的行为。红色代表电子正在和质子复合,形成中性的氢原子。蓝色代表在星云的内部,电子正绕着磁场线打转。蟹状星云的中心,有颗正在高速旋转的中子星或称为脉冲星,它每秒钟自转30次。大约在一千年前,一颗恒星发生超新星爆炸,产生一层层形状复杂而且向外扩张的气壳 形成了我们现在所看到的蟹状星云。在这张用3.5米口径WIYN望远镜所拍摄影像,所组成起来的二色照片,可以很清楚地看到这团发光氢气云的细丝状结构。蟹状星云也常被称为M1,被命成为蟹状星云,是因为在早期手绘的图版中,它的外观常被画得很像是只螃蟹。它的中心有颗致密的中子星,这种天体的质量和我们的太阳差不多,但是大小却只与一个城市相当,所以物质密度非常的高。蟹状星云内的中子星是颗脉冲星,每秒自转30次,而且释放出很大量的能量,激发周围的云气发出辉光。蟹状星云到现在为止,仍然藏有不少待解的谜团,例如:星云和脉冲星合起来的质量,为什么会远少于超新星爆炸前星的总质量呢?人类在公元1054年目睹了产生蟹状星云的超新星爆炸事件,而在上星期刚发布的这张影像中,可以看到这次爆炸的核心还在演化之中。在下面这张照片中,各种元素被激发发出各别的特征辉光,例如:氢发出橘红色的光、氮发出红光、硫发出粉红色的光、氧发出绿光,各色的辉光混合起来,让蟹状星云看起来很像是一幅抽象画派画家的作品。而这些由各种气体所组成的丝状结构,更以每小时五百万公里的速度向外延伸,纵然以这样的高速移动,要掠过这张照片宽度所涵盖的3光年距离,还是得用上六百多年的时间。稍高于照片的中心可以找到两颗亮星,其中较低的那颗,就是这个古代爆炸事件的残骸,它是一颗正在快速旋转的中子星。蟹状星云位在黄道十二宫之一的金牛座内,距离我们约6500光年。

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由于它的外观壮丽堂皇,所以M100很贴切地被称为巨构螺旋星系。M100星系拥有超过一千亿个恒星,它有轮廓很清晰的漩涡臂,很像我们的银河系。M100(又名为NGC 4321)是室女群星系团里最明亮的星系之一,它位于后发座内,距离我们约5千6百万光年。这张M100中心区域的哈勃望远镜影像拍摄于1993年,所使用的仪器是第二代宽场和行星相机(WFPC2)。影像中可以清楚看见明亮的蓝色星团和纠结蜿蜒的尘埃带,而这些都是这类星系的典型特征。天文学家研究 M100里的变星,而这些观测数据对宇宙大小和年龄的决定,起了很重要的作用。

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为何有这么多星系看起来像个涡漩?下图所示的M101就是一个明显的例子。与其它星系相比较,它属于比较近的一个星系,我们只相距2200万光年,因此,我们可以仔细地研究它。最近的证据显示,它在与邻近星系的重力交互作用之后,产生了绕着星系中心的高质量波与压缩气体。这些高质量波压缩着已有的星际气体造成恒星的诞生。在这个又称为风车星系的M101的旋臂上,存在有好几个非常明亮的恒星形成区域。由于M101相当的巨大,因此它的重力也会使得邻近较小星系的变形。这幅大型螺漩星系是M101的影像,是由紫外光影像望远镜 (UIT)在1995年所拍摄的。因为人类的肉眼看不到紫外光,另外,紫外光会被大气中的臭氧层挡掉,所以要拍摄天体的紫外光影像,太空是唯一的选择。紫外光影像望远镜是天文二号任务的科学任务之一,它是在1995年3月由奋进号航天飞机加载绕地轨道,进行了14天的观测任务。这张影像经过了特殊处理过程,从紫色到白色的色泽,代表愈来愈强的紫外光辐射。这种星系影像主要的目的,是要呈现出新诞生大质量恒星的分布。这类恒星的质量,通常是太阳的数倍到数十倍,而且会发出很强的紫外辐射。相对来说,星系的可见光影像,最突出的天体通常是较年老的黄色和红色恒星。M101常被称为风车银河,它位在大熊座内,距离我们只有2千2百万光年。

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为什么草帽星系看起来像一顶帽子呢?理由包括草帽星系由数十亿颗年老恒星所聚成的巨大中央银核,以及一个几乎正好侧对着我们的黝黑而明显的尘埃带。仔细检视上面影像中的银核,可以发现许多光点,它们实际上是球状星团。草帽星系又称为M104,它壮观的尘埃带拥有许多亮星,而且具有许多天文学家并不完全了解的细微结构。草帽星系的中心在所有电磁波波段都很明亮,因此一般认为那儿藏着一颗大质量黑洞。草帽星系位在黄道的室女座内,用小型望远镜就能看见这团约在五千万年前发出的光。

 

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这团迷蒙的云气离大熊座很近,并受到猎犬座群星的围拱,它还有一个编号:M106。现代的望远镜观测发现它是一个宇宙岛(也就是我们银河系以外的另一个星系),一个大小约为三万光年的螺旋星系,离我们银河系约有2100万光年。M106的众多年轻的蓝色星团和红色的恒星育婴室,彰显出它美丽的漩涡臂。在这张美丽影像中很明亮的星系核心,从电波到X射线的各个波段都清晰可见,因此它是活跃星系中离我们最近的一个。一般相信这类星系会有非常明亮的核心,这是因为物质掉进中心的大质量黑洞时发出强烈辐射所造成的。螺旋星系 M106的核心到底藏有什么玄机呢? M106是个由恒星和气体,所组成的漩涡盘状星系。它外观上的主要特征有两条明亮的漩涡臂,以及核心区附近的黝黑尘埃带。在下面这张照片里,靠近它漩涡臂顶端的新恒星,让它的漩涡臂显得很突出。M106的核心,会发出很强的电波和X射线辐射,而且不久之前,天文学家也发现它有两束长度和星系的大小几乎等长的喷流。 M106有个很光亮的核心,天文学家相信M106的中心有个超级大黑洞,当物质在掉进大黑洞的过程中,相互剧烈摩擦,所以激发它核心附近的气团发出光亮的辉光。M106也常被称为NGC4258。M106位在北天星座猎犬座内,大小约为三万光年,用小型望远镜就能看见它。

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M13是地球夜空中最出色和最著名的球状星团之一。M13位在武仙座内,用双筒望远镜就能看见它,也因此,它也是观星人在观赏完肉眼可见的夜空珍宝后,接下来通常会去寻找的进阶天体之一。M13是个由超过十万颗恒星所组成的巨大天体,它的大小超过150光年,距离我们有2万光年,年龄大于120亿年。1974年阿雷西波望远镜的启用典礼之时,曾向M13传出一则含有地球自传的无线电简讯。M13含有极少量的蓝星(比较年轻的恒星),不过天文学家目前为此不知道为何会是如此。

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这是因一张1995年哈伯太空望远镜所拍照片而声名大噪的老鹰星云。明亮的蓝色亮星不停地从它黝黑的云柱中诞生出来,展现了剧烈的恒星诞生活动。在下面的这张影像中,老鹰星云右上方的这群恒星是疏散星团M16的心脏。M16的蓝色亮星在过去的五百万年中不停地诞生出来,而在最近这段时期,最主要的是来自星云中称为象鼻的著名云气和尘埃柱。M16位在北天的巨蛇座内,大小约有20光年,星光要用上7000年才能传到地球上,用双筒望远镜就能看见它。从远处看,整体看起来像只老鹰,然而,靠近一点看这老鹰星云,显现出其中那块明亮的区域,实际上就是一个通往由尘埃所组成的黑暗云层中心的窗口。透过此窗口,一座灯火通明的“造星工厂”呈现眼前。在那里,一个疏散星团正逐渐形成。在这个洞穴里,高大的云柱、冰冷分子气体云和由黯淡尘埃组成的圆形云球,仍留在这个恒星形成的区域。在这个区域内,还可以看到几颗刚形成的年轻蓝色亮星,它们的光与恒星风正燃烧掉残留的细丝般气体,将由气体与尘埃所筑成的高墙往外推挤。M16处的老鹰星云是个孕育恒星的摇篮,它位于距地球7000光年远的巨蛇座。天文学家早已从可见光影像中,看到星云中由气体尘埃组成的恒星诞生柱,不过现在我们所看到的这张经假色处理的影像可是用红外线拍的!利用红外线太空观测卫星的数据,所建构出的双色影像,显示出星际介质中温度低达摄氏零下一百度的红外线发射区。蓝色部分强调出复杂碳分子的存在﹔红光部分则是冰冷细小的尘埃颗粒所散发的。当冰冷的星际物质在重力影响下聚集塌缩,炽热的年轻恒星于是便形成了。这个过程一旦展开,大质量恒星只需一万年就可形成,而低质量恒星,如我们太阳就得花上一千万年来形成了。照片里,可以看到许多“星蛋”正从巨大氢气和尘埃柱的顶端露出来。这些巨大的气柱长度约有数光年,它们的密度非常高,所以它们的内部都已经发生重力塌缩,开始形成新的恒星。气柱上方的年轻亮星,正在发出炽热且强烈的辐射,使气柱内较低密度的物质蒸发掉,露出含有许多星蛋的恒星育婴室。老鹰星云与疏散星团 -M16有相当的关连,它们都距离地球约有7000光年。

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在天鹅星云M17这一片充满分子气体与尘埃的云气深处,一直有新的恒星诞生。如有名的亚美加星云与马头星云一样,M17中黑暗部分是由具有碳元素的烟雾般尘埃粒子所组成的分子云,吸收背景星光所造成的。当巨大的亮星形成之后,它们发出炽热的光线,渐渐地会将周遭的暗黑云气蒸发掉。在下图中,不同的颜色代表星云中不同的元素所辐射出的光线。红色是来自于硫,绿色来自于氢,蓝色是由氧元素所发出的。用双筒望远镜就可以看到天鹅星云。它位人马座方向,大小约横跨20光年。因为受到恒星风及辐射的影响,那些在星星育婴室的云气呈现奇幻波浪状。M17大约距离我们5500光年远,座落充满星云的射手座。在影像的右上角,我们可以见到被星星照亮的多块的稠密冷气体与灰尘,将来会是恒星形成的区域。照片中物质的颜色代表M17的化学组成。比例较多的绿色代表较多的氢,夹杂一些代表硫的红色及氧原子的蓝色。照片中的宽度实际上是3光年,这张照片的发表是用来庆祝哈勃太空望远镜在宇宙探勘第13周年。上面这张最近刚发布的影像,是新科技望远镜(NTT)所拍摄的M17,它的云气非常稠密黝黑,所以几乎不发出近红外光。这些分子云会如此暗黑,是因为背景的星光,被星云内的碳质尘埃微粒所吸收。不过,在M17暗黑尘埃和分子云的深处,恒星不断地诞生出来。当大质量的亮星形成后,它们会辐射出高能量的星光,慢慢地把四周暗黑云气蒸发掉。M17不寻常的外观,为它赢得不少外号,其中包括奥米伽星云、马蹄星云和天鹅星云等。M17位在人马座(射手座)内,用双筒望远镜就能看到它。

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