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宇宙之精彩天体二十

2014-06-27  负鹏载舟
(科普2013-06-27 18:48:20)

宇宙之精彩天体二十
超新星刚要爆炸之前的恒星,到底是什么景象呢?为了回答这一问题,天文学家仔细地纪录下所有邻近的星系在发生超新星爆之前的影像。希望在未来的几年中,能在这100个高解度星系影像之中的一个星系内,观测到一颗超新星爆炸的情景。果真如此,如由哈勃太空望远镜所拍摄的影像数据库,可以让我们比对出超新星爆炸之前的样子。这些资料是非常重要的,因为它们可以让我们了解为何会发生超新星爆炸?超新星如何爆炸?以及为何有些超新星比其它的超星还亮?照片中显示,在美丽的漩涡星系NCG3982的漩涡臂上有许多亮星,蓝色星团以及尘埃云带。NGC 3982横跨约三万光年,位于大熊座方向离地球6千万光年的远处。使用小型的望选镜就可以看到它了。

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位于猎犬座北边离地球1300万光年远处的NGC 4214,正在上演一场令人眼花撩乱的恒星诞生秀。当1997年哈勃太空望远镜拍下这张照片时,它显示出NGC 4214中不仅拥有大量的老而昏暗的恒星,另外它还具有引人注意的年轻星团。这些星团是被一些会发出萤光的气体所包围着。从星团中的那些较重的恒星所发出的恒星风与高能量的爆炸,将这些气体雕刻成气泡或纤维般的形状,并在强烈的恒星紫外线照射下,也使得这些气体闪闪发光。同时具有由较重的恒星所形成的星团与一些清晰可辨的暗星的这个情形,正显示着NGC 4214中的恒星形成事件已持续有10亿年之久了。

 

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这个年老的星系到底在玩什么新把戏呢?这个棒旋星系NGC 4314的年龄有数十亿年,但在过去的数百万年内,它的外观有很重大的变化。在这段期间,它的核心发展出一个由年轻亮星所形成的亮环。右下方的图,是麦当劳天文台所拍摄的NGC 4314全景照片,而中心的方形框,代表上面这张由哈勃太空望远镜所拍摄的银核影像。NGC 4314的中心区看来很像是一个小型的螺旋星系,因它具有完整的尘埃带和漩涡臂,不过这个区域的大小只有数千光年而已。未来的NGC 4314研究,也许能让天文学家弄清楚,这个星系的中心和外围如何互相影响,因此会产生这个不寻常的恒星诞生环。

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图片中心的星系是否与右上方的类星体有关呢? 关于这类系统的争论已经喧腾数十年了,而且被用来挑战现代宇宙学的立论基础。有些人相信 Markarian 205 号类星体是刚自星系 NGC 4319中喷出来的,他们指出 Markarian 205 的高红移不能代表它本身的距离。然而,大部分的天文学家开始相信这两个天体实际上并不相关,Markarian 205 的高红移代表它确实位于宇宙深处。以这个占优势的观点看来,上图的并列位置,就像恰好指向月亮的树枝,纯粹只是巧合罢了。

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这个星系的核心到底有什么玄机呢?如果仔细检验这张哈勃望远镜最近发布的影像,你会发现NGC  4438的中心有一团不寻常的泡泡状炽热气体 (红色)。天文学家认为这个古怪的泡泡,可能是由藏在星系核心的大黑洞所产生的。因为受到黑洞引力的牵引,四周的云气会沿漩涡状的路径向中心聚集,同时,因为聚集中互相摩擦,温度逐渐升高,最后,有部分气体掉进黑洞,但有些气体的温度非常高,反而会形成逃离黑洞的高速物质喷流(当然,这些物质距离黑洞还远一些,否则它们是逃不掉的)。当这种喷流冲击附近的物质时,会激发它们产生出辉光。所以照片中的泡泡,可能就是受冲击物质所发出的可见辉光。星系NGC  4438位于室女座内,距离地球5000万光年远。从哈勃望远镜的影像推断,这个宇宙泡泡的大小有800光年。

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NGC 4603距离我们一亿零八百万光年,它是一个具有壮观旋臂和纠结尘埃带的星系,天文学家已经使用造父变星,精确地量测过它的距离。造父变星是测量星系距离的尺子,它是一种会周期性胀缩的变星。虽然造父变星是非常明亮的天体,但在这么远的地方,它看来很昏暗而且很难辨识。幸好,哈勃太空望远镜有很锐利的“视觉”,它在NGC 4603里已经辨识出36颗闪烁的造父变星,而NGC 4603也是到现在为止,找到这种变星最遥远的星系。在过去的八年,哈勃的计划团队,利用哈勃太空望远镜辨识比NGC 4603近的星系里的造父变星,以获得星系距离和宇宙膨胀速率——哈伯常数的精确量测。在仔细比较星系距离和远离速率后,最近刚公布了他们努力的成果,数据的精准度是百分之十。结论认为,星系的距离每增加330万光年,远离的速度每秒增加25万6千公里。精确量测哈勃常数,是哈勃太空望远镜在1990发射的主要任务之一。

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NGC 4631是一个美丽的大型螺旋星系,它位于猎犬座方向2500万光年远处,并以侧面对着我们。这个星系的侧面有点变形,所以经常被称为宇宙鲱鱼或鲸鱼星系。另外,它的大小与我们的银河系差不多。在它绚烂的颜色中,可以看到黑暗的星际尘埃云,年轻的蓝色星团,以及淡紫色的恒星形成区。在鲸鱼星系上方的一个小型椭圆星系NGC 4627 ,是鲸鱼星系的卫星星系。在相片外的左下角处,有另一个长的像曲棍球杆的变形星系NGC 4656。从变形的样子与拖曳的云气,可以推断这三个星系在很久以前曾经非常靠近。鲸鱼星系另一个出名的特征是:它的核心会喷出炙热气体并发出X光。我们的银河系是否和下面这个星系很像,都是包裹在炽热云气所发出的辉光之中呢?为了解开这个历史久远的谜团,最近钱卓拉X射线观测站量测了邻近的星系NGC 4631,也获得初步的进展。在下面这张组合影像里,刚侦测到的X射线辐射是以蓝色表示,而哈勃太空望远镜所观测到的大质量恒星是以红色来标示。因为NGC 4631和我们的银河系很相似,因此,天文学家相信银河系也是包在一层会发出X射线辐射的炽热云气里。只不过我们身在银河系之中,所以无法分辨邻近的X射线源和银河热云气所发出的X射线辉光而已。这些弥漫的炽热云气,可能是受到众多大质量星团的加热,才会这么高温,不过为什么这些云气会聚成这种辉光呢?这仍然是科学研究的题材。

 

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上面影像中这两个星系因为都具有长长的尾巴,所以被昵称为老鼠星系,它们正在试着努力把对方撕开。这两个螺旋星系可能已经穿过对方,不过它们应该会不停地互撞,直至完全聚合在一起为止。为什么它们互撞会产生长尾呢?这是因为各别星系前端和后端所受到的重力牵引不同所引起的,或称为是潮汐力效应,如果你把窗口向右卷动,就能看见其中一个星系的尾巴到底有多长呢。由于这些星系都很巨大,所以它们的碰撞是一种慢动作过程,通常要经过数亿年才会完成。老鼠星系的编号是NGC 4676,它位于后发座内,距离我们约有三亿光年,它们可能都是后发座星系团的成员。下面这张照片,是由哈勃太空望远镜的新先进巡天相机所拍摄的,它和前一代的相机相比较,不但较灵敏,而且拍摄的视野也较大。也因为新相机较灵敏,所以它也意外地拍摄到散在影像视野各处的遥远星系。

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在这张钱卓拉观测站的X射线影像里,众多的亮点都是位于NGC 4697内的X射线源。NGC 4697是室女座内的一个椭圆星系,距离我们大约有4000万光年远。和其它正常的椭圆星系一样,它是一个由小质量年老恒星所组成的球状天体,而且和螺旋星系比较之下,内部几乎没有可以诞生恒星的云气和尘埃材料。不过钱卓拉影像中的明亮X射线源显示,NGC 4697有个相当狂乱的年少期呢。这些X射线源的能源是位在双星系统内的中子星和黑洞,当来自它伴星的物质掉进这类致密天体时,就会产生X射线辐射。因为中子星和黑洞是大质量恒星的遗骸,因此NGC 4697在年轻时,一定有许多明亮的大质量恒星。 在NGC 4697的众多X射线双星系统中,又以球状星团所含的数量特别高,这可能是因为在紧密的星团内,中子星和黑洞补获伴星的机会也较高。星系内弥漫X射线辉光,很有可能是大质量恒星的恒星风和超新星爆炸所造成的。

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对离我们这么近的星系来说,NGC 4945很容易被忽略。NGC 4945是半人马座星系群里头的一个螺旋星系,它和我们的距离大约是仙女座大星系的6倍远。这个薄圆碟状的星系几乎是侧对着我们,而且是包裹在昏暗的尘埃里。以致于观测这个位于南天半人马座里的星系,需要借助天文望远镜。下面这张照片,是一部大口径望远镜在测试新的高分辨率广角CCD相机时所拍摄。照片里大多数的亮点是我们银河系里的恒星,但有些是由绕行NGC 4945的球状星团所造成的。NGC 4945的外观可能和我们的银河系很像,但在X射线波段的观测却发现,NGC 4945有个异常高能量的核心,这意味着它的中心可能有个大黑洞。

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