申论,世界到底有多大(三):全视角、聚集特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表

在晴朗、漆黑的夜晚,你总是能看到一条淡淡的光带横贯夜空。古代的前贤和科学家们早就注意到它了,可是,直至十分晚近的时分,他们才开端猜想它终究为何物。有了望远镜之后,人们才弄清楚,这条光带——银河系——原来是由许许多多肉眼无法看见的昏暗恒星集合在一起而构成的。又过了一百多年,英国天文学家托马斯赖特提出,咱们之所以看到这条光带是由于太阳处在一肾疼是怎么回事个恒星盘(银盘)中。

时至今天,咱们现已知道这条光带是咱们的宿主星系——银河系的侧影。经过两百年的研讨,科学家取得了许多有关银河系的细节信息,尤其是它的尺度。直到今天,天文学家还在与敌对的依据斗智斗勇,并从中不断取得新发现。银盘中尘土云布满,遮挡了星光。受本身方位所限,科学家们别无选择,只能透过银盘去解密银河系的结构。这就比方身处一个被浓雾笼罩的城市,却要从一个穿插路口去描绘城市的全貌相同。

上世纪20年代,银河系的实在巨细——还有整个国际的巨细——变得分外明晰。其时,新一代大型望远镜与拍摄技能提醒出“旋涡星云”其实与银河系相同,都是星系——“岛国际”(其时的讲法)。巡天观测标明,绝大大都盘状星系都有曲折环绕的旋臂——那里集合着恒星、气体和尘土。天文学家假定银河系也是一个旋涡星系。到了50年代,射电望远镜经过盯梢银河系周围的气体云的运动状况,初次粗略地描绘出旋臂的姿态。

在曩昔二十年里,能够穿透尘土的红外巡天观测愈加明晰地描绘出银河系的整个相貌。这些观测项目包含地上的两微米全天巡天(Two Micron All-Sky Survey)与斯隆数字巡天(简称SDSS),还有美国宇航局的两个空间勘探器——大视场红外巡天探索者(简称WISE)和斯必泽空间望远镜(Spitzer Space Telescope)。在它们的协助下,天文学家能够更好地界说银河系的旋臂,计算星团的数目,研讨银盘申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表中被尘土遮挡的区域里正在发作的现象,提醒出银河系中心(银心)的核球结构实际上是一个形似橄榄球(球的尖部正对着咱们)的巨大恒星云。正是这个发现改变了银河系的形状分类,把它从旋涡星系从头归类为棒旋星系。

现在,有好几个雄心壮志且互为补充的观测项目力求描绘银河系的三维图画。欧洲空间局的盖亚(Gaia)勘探器已于2013年升空,将以史无前例的高精度丈量大约十亿颗恒星的方位和速度信息。

不过,“盖亚”首要作业在光学波段。也便是说,它对银盘的勘探深度将会遭到尘土的约束。好双胞胎攻在尘土不影响射电观测。一个名为甚长基线天线阵(Very Long Baseline Array,简称VLBA)的勘探设备能够以比“盖亚”还高的精度丈量一小部分天体的间隔和速度。它把散布在夏威夷和美属圣克罗伊岛上的十面射电望远镜联合起来当作一面望远镜运用,因而取得了迄今为止最高的分辨率。美国的贝塞尔(the Bar and Spiral Structure Legacy,简称BESSEL)巡天与日本的VERA(VLBI Exploration of Radio Astrometry,简称VERA)项目使用该技能优势对恒星构成区进行定位和速度丈量,以此追寻银河系的旋臂结构。

持续向外

跨过奥托云的外鸿沟——间隔咱们大约10万个天文单位或许1.6光年远,便是银河系的地盘了。在这里,太阳的引力现已虚弱到与邻近恒星的引力相差无几,途经此地富平天气预报的彗星能够完全脱节太阳的捆绑。现在,间隔咱们最近的恒星是4.22光年远处的比邻星,可是,在曩昔或许未来,担任这一人物的或许另有其“星”。

一切的恒星都环绕银心滚动。与太阳系行星的轨迹比较,它们的轨迹椭率更大、倾斜角也更大。现在,太阳间隔银心2万7千2百光年(超越银河系半径的三分之一),间隔银盘盘面大约90光年。每次环绕银心滚动时(需2亿4千万年才干转完一圈),太阳的方位会在银盘面上下起浮。与太阳相邻的恒星,其运动轨迹与太阳稍有不同,这意味着邻近恒星的散布和构成在逐步地改变着。这些恒星常常与太阳擦身而过,间隔太阳最近时,比现在的比邻星还要近得多。

例如,2014年,德国波茨坦莱布尼兹天体物理研讨所的天文学家Ralf-Dieter Scholz发现,WISE勘探到的一颗昏暗的M型矮星离咱们仅20光年远。咱们从不知晓这个近邻的存在。在美国纽约市罗切斯特大学,以Eric Mamajek为首的研讨团队注意到“Scholz星”实际上是一个双星体系。它的横向视运动速度极小,却正以极快的速度远离咱们而去,阐明它或许刚刚与太阳系擦身而过。

研讨标明,这个双星体系正好从奥托云中穿过,在7万年前飞行至5万2千个天文单位处,由此成为了已知从最近间隔处飞掠太阳系的恒星纪录保持者。假如这次近间隔“触摸”扰动了某颗彗星的运动轨迹,那颗彗星将需求2百万年时刻才干飞到太阳系行星的身边。可是,这个双星体系的质量较低——只要太阳质量的六分之一,再考虑到其从奥托云中穿行走过的途径,估量它很难对彗星发生较大的扰动。

像Scholz星和比邻星这样的暗弱、低质量M型矮星,实际上可算是银河系恒星族群的典型代表了。银河系大约有4千亿颗恒星,其间绝大大都或许都是M型矮星。不过,由于它们能够宣布弱小的可见光,所以,在像WISE这样的红外波段巡天的协助下,咱们依然能够找到坐落太阳系邻近的矮星。对恒星来说,质量决议命运。M型矮星也蔡英挺最新去向许不行亮堂,但其较低的质量却意味着它焚烧核能源的速度很慢。即便太阳死后又过了几十亿年,它们仍旧闪烁着荧荧辉光。

一些恒星乃至完全不发光。它们的中心从未进行过真实的氢聚变反应——恒星终身的能量之源。不过,它们在年少时,能够经过氘(氢的同位素)聚变反应取得能量。这些被称作褐矮星的恒星,其质量只要太阳质量的1.2%至7%。Scholz星的伴星就属此类。褐矮星的表面温度只及太阳表面温度的十分之一,尽管牵强算得上是恒星,但其数目却和真实的恒星相差无几。在太阳周围16光年的规模里,已知就有50多颗恒星和褐矮星,不过,其间仅有10颗肉眼可见。

星空也从另一方面歪曲了咱们对银河系恒星的形象。在夜空里100颗最亮堂的恒星之中,有三分之一与咱们相距不超越100光年。此中有夜空里最亮的恒星——天狼星(8.6光年远),还有南河三(11光年)、织女星和北落师门(都是25光年远)、北河二(52光年)、毕宿五(65光年)和轩辕女星十四(77光年)。可是,别的三分之一却远在400光年之外,其间包含北极星(430光年)、心宿二(600光年)、参宿四(640光年)、参宿七(860光年),还有天津四(2600光年)。一切这些恒星不只质量超越太阳质量7倍不止,还比太阳亮堂不计其数倍。正因如此,它们飞快地消耗着本身的氢燃料。在太阳“熄火”前好久,它们就会在壮丽的超新星迸发中走向生命的结尾。

从恒星到星团

越往大质量端走,恒星的数目就越少。这不只仅是由于质量最大的恒星,其寿数也很短。恒星往往脱胎于密度较高、温度较低的分子云。大质量恒星一旦构成,就会宣布激烈的紫外辐射和能量微弱的星风(外向物质流),吹散孕育它的云团,然后约束了其邻近构成其它大质量恒星的数目。在银河系中,能够宣布超越太阳能量一百万倍能量的恒星,也不过数十颗罢了。其间排在首位的是沃尔夫拉叶星25(WR 25)和船底座的海山二。它们皆是大质量双星体系,间隔咱们大约7千5百光年远,其光度别离是太阳光度的630万倍和500万倍。除此之外,船底座星云中有8颗恒星,以及天鹅座OB星协中的7颗恒星,都是这样的大质量恒星。

船底座星云(NGC 3372)是银河系内最大的恒星“育儿所”。它间隔咱们7千5百光年。3百万年前,第一批新构成的恒星照亮了星云,使它焕宣布生气勃勃。现在,它现已孕育 出9颗比太阳亮堂一百万倍的恒星。(图片来历:NASA/ESA/N. SMITH(UCB)/THE HUBBLE HERITAGE TEAM(STScl/AURA))

用大质量恒星来测绘银河系的旋臂很给力。由于即便相隔悠远,咱们也能看见它们。而且在还未远离自己的出世地时,它们就现已在爆破中走完终身。爆破照亮了正在散失的星云,激发了云团里的分子,比方水分子和甲醇分子。12308在适宜的条件下(恒星构成区常常契合这样的条件)海天盛筵,这些分子成为脉泽信号源——即微波波段的激光,其宣布的光束能够穿透遮挡星光的尘土云。

大质量恒星生也仓促,死也仓促,在超新星迸发中完毕终身,留下相似上图中蟹状星云(M1)这样的遗址。这样的恒星逝世事情发生的激波紧缩周围的气体,常常引起新一轮恒星构成。(图片来历:NASA/ESA/J. HESTER AND A. LOLL(ASU))

各种类型的恒星集体也能够协助咱们追寻银河系的结构。OB星协是由十颗至几百颗火热、年青的O型与B型恒星组成的松懈集体,展幅约几百光年。离咱们最近的星协是470光年远的天蝎-半人马OB星协。闻名的红巨星心宿二便是该星协的成员。这个星协中的年迈成员现已有1千5百万岁了。在5百万年前,一次超新星迸发发生的激波促进邻近的云团开端构成恒星。

相对来说,涣散星团——例如金牛座中的毕星团和昴星团(别离在150光年和440光年远)与巨蟹座的鬼宿星团(约580光年远)——则是比较严密的恒星集体,其成员是在同一个分子云中出世的。在宽度不超越50光年的规模内,星团具有的成员数目在几十至几百不等,而且星团会在几亿年里逐步崩溃。天文学家现已在银河系中找到了1200个涣散星团,并为它们挂号造册,不过,银河系内的涣散星团数目或许多达10万个。

【金牛座的昴星团(M45)间隔咱们440光年远。它是典型的涣散星团,展幅为15光年,具有大约500颗恒星成员。这些熠熠发光的天体将在未来几亿年里涣散崩溃。(图片来历:NASA/ESA AND AURA/CALTECH)】

在像猎户座星云和鹰状星云(别离坐落1350和7千光年远)这样的当地,年青恒星刚从其出世地——恒星构成云中冒出面来,并把云团照得红彤彤的。科学家们目睹了不到200万岁的重生涣散星团的构成进程。借申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表助红外辐射,咱们能够勘探到这些年青星团,乃至在其还未出面之前就能知晓它们的存在。2015年,在巴西南里奥格兰德州联邦大学,Denilso Camargo带领的研讨小组在剖析了WISE的观测数据后,陈述说他们发现了几百个被尘土遮盖、而且仍深深躲藏在其宿主分子云中的星团。

坐落1千3百5十光年远处的猎户座星云(M42)是间隔咱们最近的大型恒星构成区。太阳或许便是在相似的云团中构成的。这样的云团能够构成1千至1万颗恒 星。(图片来历:NASA/ESA/M. ROBBERTO (STScl/ESA)/THE HST ORION TREASURY PROJECT TEAM)

OB星协、涣散星团、以及潜伏着的星团悉数坐落银盘中。可是,球状星团却是一个biu非申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表常特殊的星系示踪物。它们实质上是由恒星组成的巨爱在春天大球体——在直径缺乏300光年的球形区域里鳞次栉比地集合着数以万计、乃至上百万颗恒星。银河系的球状星团数目缺乏200,却悉数都有100亿年前史了。球状星团环绕银心运动,但由于其轨迹倾斜角十分大,它们能够运动到间隔银盘很高的当地去。科学家现在现已知道,银河申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表系从前从别处盗取过一些球状星团,这些留下后边再说。

在半人马座欧米伽球状星团中心处,两百万颗恒星在熠熠发光,尽管这些恒星只占了星团总质量的20%。该星团间隔咱们1万7千光年远,或许是一个被银河系撕碎 的矮星系留下的核球。(图片来历:NASA/ESA/THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STScl/AURA))

银河系的结构

在20世纪前期,天文学家使用涣散星团和球状星团之间的差异去知道银河系的概貌。涣散星团在一个盘申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表状区域内运动,银河系中简直悉数的恒星和尘土也集合在那里。这个盘厚约1千光年,从银心向外延伸至7万5千光年远。太阳系与银心之间的间隔超越了盘半径的三分之一。

在盘中心,有一个巨细约1万2千光年左右、形似橄榄球的区域——银河系的椭球,那里集合着年迈的恒星。尽管咱们对银河系椭球的详细尺度、形状和视角还不十分清楚,不过,咱们的视角大致是从它的顶级看曩昔。直到最近,天文学家才把椭球视为“年迈恒星活动中心”。大约100亿年前,银河系经过吞并小星系来增加质量。这些恒星便是在那个进程中快速生成的。高出银盘的核球部分的确以年迈恒星为主。可是,最近也有研讨标明,坐落盘内的核球部分,其恒星的年纪差异较大——从30亿年至120亿年不等。此外,还有各种依据指出,银郭博雄盘在演化中发生的天然扰动催生了核球的大大都恒星。

银河系的锚点——一个400万太阳质量的超大质量黑洞就藏匿在核球的中心。一切物质都环绕着它旋转。对银心的定时监测显现,这个黑洞常常宣布X射线耀斑——这是物质埋葬黑洞的信号。不过,与咱们所知的大质量黑洞的所作所为比较,这还算不上什么。有依据标明,银河系的黑洞在曩昔更活泼。2010年,从美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜传回的数据提醒从银心吹出的一个展幅达2万5千光年的伽马射线巨泡,这或许是发作在几百万年前的一次激烈迸发的确凿依据。

在图中那片亮堂云团中心处的亮点便是人马座A——一个坐拥4百万太阳质量的大黑洞。当物质旋转落入它的贪吃大口,它就宣布激烈的X射线闪烁。这个超大质量黑 洞间隔地球2万7千2百光年远,是银河系的引力锚点。(图片来历:NASA/CXC/UNIVERSITY OF WISCONSIN/Y. BAI, ET AL.)

咱们对银盘的详细结构还知之甚少,比方旋臂的数目和方位。在红外波段看到的、躲藏在星团中的恒星,被年青恒星照亮的星云,巨大的分子云、水脉泽和甲醇脉泽等等,近些年来,对这几千个源的射电研讨好像通知咱们,银河系有四条旋臂,从银心向外回旋扭转而出。从银心到太阳的方向,依次是矩尺座外旋臂、盾牌-半人马座旋臂、船底-人马座旋臂。再往外是英仙座旋臂,持续往外便是矩尺座外旋臂的外端了。

科学家以为,银河系有四条大旋臂,从中心的星棒回旋扭转而出。太阳间隔银河系中心大约2万7千2百光年远。(图片来历:NASA/JPL-CALTECH/R. HURT(SSC-C韩雪老公ALTECH))

长期以来,天文学家一向以为太阳系坐落接近英仙座旋臂内侧的一处恒星活泼区内。可是,“贝塞尔”巡天和VERA观测项目取得的第一批惊人发现其间之一,便是指出这个“活泼区”不容小觑,其与邻近几条大旋臂相同有许多大申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表质量恒星构成。此时,天文学家也拿不定主意,究竟把咱们所在的这个区域视为是英仙座旋臂的分支呢,仍是独立的一圆锥体积公式段旋臂。

不只如此,星盘里还藏着更多的隐秘。2015年,以北京国家天文台徐岩为首的研讨人员依据斯隆数字巡天的观测数据,把银盘的尺度扩展了原值的一半。曾经的研讨以为,银盘内的恒星数目在间隔银心大约5万光年远处开端下降,可是,斯隆数据却在更远的1万光年处发现了一大圈恒星。该项新研讨指出,之所以构成这样的现象是由于银盘内存在至少四申论,国际究竟有多大(三):全视角、集合特征,深度解读银河系,六十甲子纳音表波在盘面上下崎岖的恒星。从太阳系向银盘外看去,银盘先是在几百光年规模内动摇,然后,从间隔太阳6千5百光年处开端下降,再上升,接着又下降,一向总裁的女性延伸到至少5万光年远处。或许,还有更多的涟漪有待发现。

这些涟漪或许是环绕银河系运动的小星系们引起的。其间特别有目共睹的一个便是人马座矮球状星系。它现已来来回回穿过银盘好几次了,与此同时,本身也在渐渐崩溃成星流。就像往安静的水面丢入一粒石子那样,当卫星星系在银盘中络绎,其引力效果就会在盘中激起涟漪。计算机数值模仿显现,卫星星系对星盘的引力拉扯有助于旋臂结构的构成。风趣的是,新发现的那些涟漪也与银河系旋臂的排布十分共同。

银盘被一个球体——银晕——包裹着,那里有球状星团、卫星星系、还有被从卫星星系中剥离出来的恒星。银河系——实际上绝大大都星系——经过吞噬许多小星系来强大自己。咱们今天看到的星流与几个小星系有脱不开的联系。银河系好像还从人马座矮球状星系那里偷来几个球状星团。个头最大、最亮堂的球状星团——间隔咱们1万7千光年远的半人马座欧米伽球状星团,其恒星构成果比其它球状星团要杂乱得多。科学家们置疑,它或许是好久曾经,一个被银河系撕碎的矮星系留下的核球。

尽管如此,银河系的绝大部分物质是看不见的。银河系内的恒星和其它物质的运动提醒了存在一个远远超出可见结构的引力场。研讨显现,银河系身处在一个由看不见的物质——暗物质——构成的、大致是球形的物质晕中,晕的直径达90万光年——比银盘直径大6倍。暗物质占国际物质总量的27%,在其引力效果下,一般物质构成各种结构,终究构成像银河系这样的星系。

现在,对银河系的研讨现已取得了几项重要的新发现,但还有不少未解之谜。在未来十年,天男人的累男人的泪文学家将会不断稳固、强化这门研讨,取得精准的银河系三维结构图。这幅图画能让咱们有史以来第一次,像调查vegas其它星系那样,把银河系当作一个全体去研讨——亚里士多德曾说过:“全体大于部分之和”。

从远处看,银河系是什么姿态的?据咱们所知,它看上去应该和棒旋星系UGC 12158差不多。这个星系的展幅约14万光年,间隔咱们有4亿光年远。(图片来历:ESA/HUBBLE AND NASA)

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原文标题:How immense is the universe?

作者:Francis Reddy 原文来自:Astronomy Posted:2015年12月刊

编译:京晶 审校:数星星的猫

标签: 7天天气 唯原日生 攸县天气

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