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宇宙之精彩天体二十八

2014-06-27  负鹏载舟
(科普2013-06-28 13:00:59)

宇宙之精彩天体二十八
如果你遇到一个黑洞,你会看到什么景象呢?上面这两张用计算机所产生的图片,呈现了你可能会看到的怪现象。左边的是正常情况下猎户座附近星野,请注意猎人腰带上三颗亮度几乎相同的恒星。右边的图片是相同的星野,不过星野的中央有颗黑洞。因为黑洞强大的重力,所以光会向黑洞的方向偏折,产生视觉上很不寻常的幻景。在右边的图片中,每一颗正常图片中的恒星至少有两个亮影,分别出现在黑洞的两边。事实上如果很靠近黑洞,因为来自天空各方向的光都会被折过来,所以你会看到全部的天空!黑洞公认是宇宙中密度最高的天体,据间接的观测证据显示,天文学家曾在双星系统、球状星团的中心、星系的核心和类星体的中心找到了黑洞的踪迹。


宇宙之精彩天体二十八
冰冷的星风从回飞棒星云中央的中心星不停吹出来。回飞棒星云位在南天的半人马座内,距离我们约有5000光年,上面这张影像是哈勃太空望远镜在1998年所拍摄的假色影像。这团具有对称性的云气,是由逐渐老化中心星所吹出的高速云气和尘埃风所形成的,这种星风的速度高达每小时60万公里。高速星风所造成的快速扩张,也使云气分子的温度降到只比绝对零度高1度而已。它们的温度甚至比宇宙背景辐射的温度要低,让它成为遥远宇宙最冷的区域。冰寒的回飞棒星云会发光,是因为它尘埃反射了来自中心星的星光,天文学家认为它是正在演化到行星状星云阶段的恒星或恒星系统。


宇宙之精彩天体二十八
在礁湖星云之东是一个充满多样性的星场。图中左下方是个富含漆黑尘埃的云气,里面蕴藏着背景星与正在形成的年轻恒星系统,这些黯淡云气包括了左边的LDN 227和右边的IC 1275,在IC 1275的顶端还有颗明亮的星星。图片右上方是块富含灼热气体的云气,包含了部分的NGC 6559 发射星云。图右方,界于以上两块区域之间的则是反射星云,反射来自蓝色大质量恒星群的星光。图片上方的NGC 6559复杂体延伸了约3光年大小,很可能与礁湖星云有着共同的历史。此复杂体位于人马座方向约5000光年远处。


宇宙之精彩天体二十八
有时候盯着空荡荡的太空看也是很有用的。上面这张图只是天空的一小块区域,之所以被挑选出来是因为它相当地没内容: 没有亮星,没有明亮的星系,也没有美丽如画的星云。不过,其中还是免不了有些内容,有一些本银河系的星星,以及许多散布在宇宙中的遥远星系。当远处星系发出的光受到较近处的星系重力影响时,光线产生些微的偏折,导致这些遥远星系看起来有些变形。借由分析这些重力透镜的变形案例,我们就可找到附近的质量密集处,不管它们到底有多亮。运用这种方法,现在天文学家可以秤出整个星系团的重量,并找出较暗的黑暗物质集团。上图影像中右下方的圈圈,就是一个经由它的质量而非经由它的光线而发现的星系团。


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这张令人难以忘怀的影像,是来自位于绕地轨道上的钱卓拉观测站,主题是从比可见光能量要高数千倍的X射线波段来观测英仙座星系团。英仙座星系团距离我们3200百万光年,它是由数千个星系所组成的,不过在上面这张X射线影像中,我们连一个也看不到,只看到一大团温度高达5000万度的星系团云气,而它的质量超过星系团内所有星系质量的总和。从我们所在的位置看出去,这团X射线云气的暗洞和亮结,组合成非常很趣的图案。中心区域的两个暗洞,夹着一个发出X射线辐射的亮区,看起来像是骷髅头的上半部,而五点钟方向的长形暗洞,很像是一个没有牙齿的嘴。这个明亮的X射线源,很可能是个位在星系团中心的超大质量黑洞,而它旁边的这两个暗洞,很可能是由高能粒子喷流所吹出来的泡泡。更有趣的是,恰好形成骷髅头鼻子的暗区,可能是一个注定要掉进星系团中心的星系之X射线暗影。英仙座星系团内的X射线骷髅头,它的大小超过10万光年,当然是比你在今晚会看到的任何骷髅头要大得多。


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昴宿星团有如镶在北方星空中的珠宝一般。不需要望远镜的帮忙,眼睛就可以在金牛座找到这个迷人的星团。从望远镜中的影像,显示出这些恒星都被星际尘埃包围着,而且这些尘埃也因星光的照射而反射出优雅的蓝光。对于正在太空轨道中运行的ROSAT观测站而言,它的X光望远镜所看到昴宿星团的影像,依然令人印像深刻,但是却有点不太一样了。这是一张假色照片,它是由ROSAT观测站的观测资料,根据X-光能量的高低,将它转译成各种不同颜色的可见光,其中红色、绿色、蓝色分别代表最低、中度、最高等不同能量的X-光影像。另外,用绿色方块所标示的位置,为昴宿星团最亮的七颗星所在的之处。在X-光的探测之下,可以观测到昴宿星团中的恒星,都具有一层非常热的星冕 (恒星外部的稀薄大气,如日冕一般)。图中星冕颜色的不同,是对应于不同的星冕温度。

 

宇宙之精彩天体二十八
春分,对北半球的天文爱好者来说是一次观看梅西叶天体的大好时光。春分的那一晚,可以在黄昏到日出的一晚之中,看遍梅西叶图表中所有天体。当然,如果刚好赶上满月的明亮光辉,那就要受到一些干扰。而如果遇到农历月初,则将是进行梅西叶马拉松大赛的好时机。再如果日期刚刚好,那你还可以在同一晚看到我们太阳系全部的行星。下面这张漂亮的梅西叶马拉松作品,是由天文摄影家Paul Gitto所拍摄和制做。他把所有的梅西叶天体放在这张宽度是10行,而长度是11列的图表上。图表的最左上角是M1(蟹状星云),而最右下角是 M110 ——位于仙女座的一个小型椭圆星系。Paul Gitto 用来拍摄这些天体的装备,是一部架在25厘米反射式望远镜上的数字相机。


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在过去五年中,由哈勃望远镜所拍摄的这三张照片里,可以看出金牛座XZ双星系统的行为非常不寻常,它会喷出炽热的气体泡泡!为什么金牛座XZ双星系统的行为这么特殊呢?到现在为止,天文学家也不知道确切的原因。不过,从最近发布这三张时序照片里,可以很清楚地看见气泡的前端是冷却区,在这个区域的电子和离子相遇和复合之后,就会发射出光并使气泡的温度降低。金牛座XZ双星位于金牛座的恒星诞生区之内,和我们的距离大约有500光年。金牛座XZ星是由两颗年轻的恒星所组成,它们之间的距离和太阳与冥王星差不多。在过去的三十年之中,这个气泡扩张所增加的半径,大约是这组双星之间距离的15倍。


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恒星和恒星之间的空间,充填有极为稀薄的气体,其中最主要的是氢气。这些中性的氢原子天文学家称它们是HI,它由一颗质子和一颗电子所组成。电子和质子不停地像陀螺一般在自转,而它们的转轴可以有两种不同的指向,它们可以是平行或反平行。星际物质中氢原子的自旋方向,由平行转变成反平行是一种极稀少的事件,不过当这种转变发生时,它们会辐射出波长为21厘米的无线电波,这种电波的振荡频率是1420MHz。要了解宇宙中中性氢原子的分布,无线电望远镜必需调到这个频率来进行观测。上面这张全空HI巡天影像就是用这种方法获得的。它代表了宇宙中性氢原子的分布,水平横过影像中央的平面是我们银河系的盘面。在这张假色照片中,完全看不到个别的恒星,只看到了延伸范围至少在数十到数百光年的氢气云,而且它们大多聚集在银河盘面附近。在银盘恒星活动的影响下,这些云气常会形成弧状或环状的结构。


宇宙之精彩天体二十八
古老的超新星气壳,包覆着新生星球的云茧,与出自远方类星体的小光点,突显出这张朝向天鹅座所拍得的精采景色。这幅上了代表色的影像涵盖了10左右的天空,但这还只是加拿大银河系平面巡弋计划在无线电波段的一小部分而已。弥散的离子化气体带流过距离我们6000 光年远的恒星形成区,另外可看到两个显著的超新星气壳,一个是左下角的棕色云球,一个是在右上方的白色不规则圆球,棕色云球的左边则是整个北美洲星云。影像中各处的亮白色节结则是著名的恒星云茧,这些恒星中有些很可能会产生未来的超新星气壳。位于极远处的类星体所发出的光辉,在这里看起来则只是一个个的红点。


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在这张巡天图里,我们银河系鼓胀的核心、黝黑的尘埃带、纤薄的盘面以及临近的星系都清晰可见。不过,这张数字影像并不是传统的红外光照片,而是根据2微米巡天计划(2MASS)的数据所建构出来的,像素的明暗代表的是这个天区恒星数量的多寡。2微米巡天计划是一项在地面进行的观测,它在2001年完成了全天空的观测任务,总共编录了大约二亿五千颗恒星。 2MASS的全天图的亮度和颜色,是根据在三个近红外光波段所测得的恒星数而给定的。在下面这张经过剪裁的影像里,恒星拥挤的银河核心区位在影像的左上方,而银河系明亮的盘面水平穿过银核。就是在穿透力较强的近红外光波段,星际尘埃云密集的区域还是不透光,使得尘埃带所在区域的恒星数量变得很少,因此这些区域也很阴暗。影像右下方的迷蒙星系是我们银河系的近邻——大、小麦哲伦星云,而散布在影像各处的点状亮斑,是由银河系四周恒星很密集的球状星团所造成。


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在上面这张影像中,这四个靠得很近的星系到底在忙些什么呢?史帝芬五重星系的大型星系,有四个出现在这张影像中,而第五个是在影像左下方的外头。这四个星系,有三个的红位移量几乎相同,显示它们和我们之间的距离完全一样。这三个星系正在剧烈的互撞之中,透过强大的重力潮汐,它们正在把对方撕开。影像左下方的大型蓝色螺旋星系,是一个位在前景的星系,它离其它的星系很远,所以并没有参与这场宇宙大战。史帝芬五重星系位在北天的飞马座内,距离我们约有3亿光年远。史帝芬五重星系中,有三个是正在互撞的星系,另外两个只是视觉上凑巧在同一方向而已。


宇宙之精彩天体二十八
星团是一团内部恒星运动很复杂的天体。组成球状星团或疏散星团的恒星,都绕着星团的中心运动,偶而有其它的恒星在它附近掠过,彼此之间都会受到对方重力的作用。通常星团内恒星的运动轨迹,并不像我们太阳系内的轨道一样圆。星团的成员星经常穿过中心,它们的轨迹常是不寻常且很复杂的循环。不过星团内很空旷,所以恒星互撞很少发生。上面这幅计算机动画,是根据一种称为多体仿真 (N-body simulation)的计算机程序码算出来的,动画含有一百颗恒星,而动画中的每一秒代表星团历经了数百年的演化。


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这是一幅经过对比增强处理的哈勃望远镜影像,它把御夫座AB星周围尘埃和云气盘内部的细微结构,异常清晰地呈现了出来。在拱星盘内首次看见的纠结状物质,可能代表行星形成过程的初期,而在接下来的数百万年期间可能会有行星形成。御夫座AB星距离我们469光年,是一颗年龄介于二至四百万年之间的年轻恒星。它漩涡状的拱星盘很庞大,大约是我们太阳系的30倍大。天文学家相信御夫座AB星的行星形成过程才刚开始而已,因为年龄小于一百万年的更年轻恒星,它们的拱星盘并没有这种纠结状结构,年龄八百万到一千万年的较年老恒星,拱星盘上已经有缝隙,也具有显示行星已经形成的其它特征。影像中的框状空窗是怎么一回事呢?它们是由用来遮挡过亮星光的横杆所形成的。不过对角纹线是相机所产生的绕射芒。


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为什么火星会开倒车?多数的时间,火星在地球上空的视相运动是一个方向,缓慢而稳定的在遥远的背景星前面移动。然而,大约每两年的时间,地球就会在绕日的轨道上领先于火星。最近的领先发生在今年八月,在此期间火星显的非常的大而亮。同时火星也在天空上倒着走,这个现象称做火星逆行。上面的影像是用连拍照片依据背景星点数字叠合的结果。如此看来,火星就像是在天空中绕了一圈。在这一圈的最上端地球刚好领先火星,此时的逆行运动最快。逆行运动也会发生在太阳系的其它行星上。巧合的是,影像中心右边的点线是天王星正在做着同样的一件事。


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船底座伊塔星可能即将爆炸!然而却没有人知道它会发生于何时?一年后或一百万年后?船底座伊塔星的质量约是太阳的100倍,它有足够的份量产生一次非凡的超新星爆炸。根据历史的记载,大约在150年前的一次不平常的爆发,使得船底座伊塔星成为南半球夜空中最亮的几颗星之一。在钥匙孔星云中的船底座伊塔星是目前被认为能发射自然激光的唯一恒星。这张在1996年经由复杂的影像处理后所得的影像,可显示出这颗淘气恒星周围云气的细微部分,其中包括两个清楚的圆形突出部分,一个炙热的中央区域,以及一些奇怪的辐射状条纹。充满着气体与尘埃的两个圆形突出部分,正吸收来自中央区域的蓝光与紫外线。那些奇怪的辐射状条纹至今仍然无法解释?或许这些线索将告诉我们星云是如何形成的?也或许是暗示我们船底座伊塔星将在何时爆炸?


宇宙之精彩天体二十八
我们银河系的中心,藏着一个质量超过200万个太阳的黑洞。银河黑洞曾经是一个很有争论性的议题,不过最近测量靠近银河中心恒星运动的情形显示,这个令人惊讶的推论,可能是一个无可避免的事实。使用欧洲南天巴拉那天文台(ESO Paranal)一部极大望远镜,以及一部简称为NACO的高性能红外相机进行观测,一群天文学家耐心地追踪一颗编号为S2的恒星之运动。这颗恒星距离银河中心大约只有17光时,或者说是冥王星轨道半径的3倍距离,以每秒5000公里的高速绕银河中心公转。他们刚发布的结果很具体地证明,恒星S2是在一个不可见天体强大的重力作用下运动,而这个天体极端细小且致密,换句话说是一个超大质量的黑洞。下面这张NOCA相机的红外光深场影像,所呈现的是银河中心周围2光年附近的拥挤天区,而箭头所指的位置就是银河中心。因为NOCA相机能够追踪非常靠近银河中心的恒星,所以它能很精确地定出中心黑洞的质量。除此之外,随着天文学家继续观测恒星如何绕着超大质量黑洞运行,也可以提供爱因斯坦广义相对论的严格检验。


宇宙之精彩天体二十八
在这一张人类从光学望远镜所能看到最远的宇宙景象中,星系就好象一块块彩色的糖果一般。其中最暗的星系大约是30星等,也就是比肉眼所能看到最暗的星体还要暗40亿倍;它们是很远的星系,也代表着宇宙大爆炸之后十亿年内的宇宙极早期状态(这就是说,我们现在看到的星光,其实是它们100多亿年前的样子;而现在它们可能已不复存在了啊)。为了拍摄这一张照片,天文学家在大熊座选择了一处最无遮挡的星空,然后用哈勃太空望远镜连续观测10天。将每一次所得的影像叠加,终于让昏暗的星系现身。这些结果将有助于探索星系演化之谜与处于婴儿期的宇宙。

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