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第15章 太阳系外大范围天体(2)

星云的发现:1758年8月28日晚,法国天文学爱好者梅西耶在巡天搜索彗星的观测中,突然发现一个在恒星间无位置变化的云雾状斑块。梅西耶判断这块斑形态类似彗星,但它在恒星之间无位置变化,当然不会是彗星。这是什么天体呢?梅西耶将这类发现(到1784年前,共有103个)详细记录下来。其中,首次发现的金牛座中云雾状斑块被列为第一号,即M1。“M”是梅西耶的字母缩写。

梅西耶建立的星云天体序列,至今仍被使用。他的不明天体记录(梅西叶星表)发表于1781年,引起英国著名天文学家威廉·赫歇尔的高度注意。经过长期观察核实,赫歇尔将这些云雾状天体命名为星云。

行星状星云:行星状星云指外形呈圆盘状或环状,且带有暗弱延伸视面的星云,属于发射星云的一种。

行星状星云主要分布在银道面附近,受星际消光影响,大量行星状星云被暗星云遮蔽而难以观测。

行星状星云呈圆形、扁圆形或环形,有些与大行星相像,因此得名。它们是如太阳差不多质量的恒星演化到晚期,核反应停止后,走向死亡时的产物。这类星云的体积在膨胀过程中,最后气体逐渐扩散消失在星际空间,只留下一个中央白矮星。在行星状星云中央,都有一颗高温恒星,称为行星状星云的中央星。它是正在演化成白矮星的恒星。

著名的行星状星云有天琴座环状星云等。目前,河外星系中也发现大量行星状星云,如仙女座星系中发现300多个行星状星云等。

新星残骸:新星残骸指恒星在经历新星的巨大爆炸后残留下的物质,物质喷发速度约为1000千米/秒。因质量低于行星状星云和超新星残骸,所以生命期仅约数个世纪,因而新星残骸远比行星状星云和超新星残骸更罕见。

超新星遗迹:哈勃空间望远镜拍摄的蟹状星云超新星遗迹,是超新星爆发时抛出的物质在向外膨胀的过程中与星际介质相互作用而形成的延展天体,形状有云状、壳状等。

至2006年,天文学家已在银河系中发现了200多个超新星遗迹,在在大麦云、小麦云、M31、M33等邻近河外星系中也有发现。

超新星遗迹根据形态可大致分为壳层型(S型)、实心型(F型,又称类蟹状星云型)和复合型(C型),三类超新星遗迹中发生的物理过程大为不同。某些超新星遗迹兼具不同类型的特点,因此在分类上具有很大不确定性。

弥漫星云:弥漫星云意即朦胧云雾。弥漫星云无规则形状,也无明显边界。实际上,除环状对称的行星状星云外,所有星云都可称作形状不规则的弥漫星云。

弥漫星云平均直径约几十光年,大多数弥漫星云的质量都在10个太阳质量左右。弥漫星云大致可分为亮星云、发射星云。这类星云发出的紫外线辐射使云中的气体发生电离,星云也因此发出可见光,如猎户座大星云、巨蛇座的天鹰星云等,都属于发射星云。

小知识

原行星云

原行星云,或称前行星云,是在恒星演化的过程中介于渐近巨星分支晚期和随后的行星状星云之间,生命周期很短的一种天体。一个原行星云会产生强烈的红外射线辐射,所以是一种反射星云。在中等质量恒星的生命周期中,它是演化阶段段中倒数第二亮。

星际云

宇宙中有无数能发光、发热的恒星,而发光、发热的恒星都在不停向星际空间抛撒大量的微细物质,如质子、电子等。这些被恒星抛弃的微细物质,一旦离开恒星就在太空中漫游,先由质子、电子互相结合,成为单个氢原子或其它原子。在这个过程中,它们吸收恒星发出的光和热,使太空始终保持在接近绝对零度的低温。经过漫长的时间,在一定条件下,在太空中漫游的以氢等气体物质为主的微细物质,经过互相碰撞和吸引逐步聚集在一起,形成一团巨大、稀疏的星际云。

星际云具有不均匀性,因此不同区域的星际物质密度可相差很大。

暗星云:暗星云是银河系中不发光的弥漫物质所形成的云雾状天体,其大小、形状多种多样。小的只有太阳质量的百分之几到千分之几,是出现在一些亮星云背景上的球状体;大的有几十到几百个太阳的质量,有的更大。其内部的物质密度也相差悬殊。

分子云:分子云是星际云的一种,它的密度和大小允许分子──最常见的是氢分子──形成。

氢分子很难被直接侦测到,通常是利用一氧化碳侦测氢分子。一氧化碳辐射的光度与分子氢质量的比例几乎是常数。

包克球:在恒星形成阶段中,有时会产生由尘埃和气体组成的高密度暗云气。包克云通常都在游离氢区内,典型的质量约1050个太阳质量,大小约一光年,内部有氢分子、碳的氧化物和氦,还有约1%(质量)的含硅的尘埃。包克球通常会导致联星或聚星系统的形成。

包克球在20世纪40年代被天文学家巴特·包克首度发现。1990年,恒星被证实在包克球内诞生。包克球内嵌有热源。

小知识

恒星云

恒星云是银河系内无数微弱星光之恒星形成的现象。这些恒星距地球很远,就算用望远镜观测也不能把它们分开,它们的星光混成一片,像云雾一样。它们不是真的星团,但以观测者观点宁可称它们为星团。这些披着云气的恒星并不是真聚集在一起,只是出现在视线相近的方向上。目前最亮的恒星云在人马座和盾牌座两星座之内。

本星系泡

本星系泡是在银河系猎户臂内的星际物质中间的空洞,其跨越范围至少有300光年。这个炙热的本星系泡扩散气体辐射出X射线,单位体积内所含的中性氢仅有正常值的1/10。

太阳系已在这个气泡内旅行了至少300万年,现在的位置在本星际云或LocalFluff,气泡内物质比较密集的一个小区域内。本星际云的密度大约是每立方厘米0.1个原子。

多数天文学家相信,本星系泡是数十万年至数百万年前间的超新星爆炸,将该处星际物质的气体和尘埃推开而形成,留下了炙热和低密度的物质。

本星系泡在银河盘面的部分较狭窄,呈椭圆型或卵形;在银河盘面上的较宽,盘面下的较窄,如同沙漏。

小知识

本星际云

本星际云是太阳系正运行在其中的星际云(约30光年大小)。太阳系至少在约4.4万年和15万年前进入其中,并还会继续在里面运行1~2万年,甚至更久。

该云气温度6000℃,与太阳表面温度相似。它还非常稀薄,每立方厘米仅有0.26个原子,约是银河系内星际物质密度的1/5,是本星系泡密度的2倍。

本星际云位于本星系泡和LoopIBubble遭遇之处,太阳和其他少数几颗恒星位于此处,包括著名的太阳系外的恒星系半人马座α、织女星、大角星和北落师门。

暗物质

暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量。目前可看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到。

暗物质无法直接观测得到,但它却能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显感受到。科学家曾对暗物质的特性提多种假设,但直到目前还未有充分证明。

暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时暗物质还主导着宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜。

晕族大质量致密天体:晕族大质量致密天体是一些体积小而质量大的重子物质,没有或只有很少电磁辐射,在星际空间不与恒星系统发生影响。该类天体自身不发光,所以很难被探测到。

该类天体也可能是黑洞、中子星、褐矮星、自由行星、白矮星和非常微弱的红矮星。通过晕族大质量致密天体与其他天体的引力透镜作用,可间接探测到它们。

大质量弱相互作用粒子:一种停留在理论阶段的粒子,是暗物质最有希望的候选者。理论预言,这种粒子应具有以下特点:粒子只通过弱核力和引力产生相互作用,或粒子的相互作用截面小于弱核力作用截面;与普通粒子相比质量较大;由于它们不参与电磁力作用,所以无法被直接探测到;由于它们不参与强核力作用,所以它们基本上与普通物质不发生相互作用;由于它们质量较大,较大它们的运动速度相对缓慢,所以能够成团聚集。

现在,很多实验在寻找在理论上“大质量弱相互作用粒子”的粒子,它最有可能是暗物质。

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