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世界科技全景百卷书: 星云和星际物质【美洲杯冠

原标题:质量最大的恒星长啥样?300太阳质量的恒星了解下

  充满物质的恒星际空间

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  我们已经知道了恒星的空间分布,了解到恒星之间具有广阔无垠的空间。那么,恒星际空间是不是一无所有的真空呢?如果有物质,又以什么形态存在呢?可以肯定地说,恒星之间不是真空,而是充满了形形色色的物质。这些物质包括星际气体、尘埃、粒子流、宇宙线和星际磁场等,统称为恒星际物质。这些星际物质的分布也是不均匀的。有的地方气体和尘埃比较密集,形成各种各样的云雾状的天体。这些云雾状的天体就叫星云。“星云”这个名词仅有200多年的历史。起初把星际空间弥散的云雾状天体统称星云。后来随着天文望远镜分辨率的提高,这些星云又被分成星团、星系和星云三种类型。1924年以后,天文学家们把由气体和尘埃物质组成的星云确定为我们银河系内的天体。通过对星云和星际物质的观测研究,使我们更全面地认识恒星的形成与衰亡,更深刻地了解银河物质的空间分布。

太阳是太阳系中最大的天体,其质量占整个太阳系的99.8%。但是在恒星尺度上,太阳其实相当普通。有超过一半的已知恒星质量都大于太阳。位居巨大质量恒星列表最顶端的是R136a1,其质量是太阳的300倍以上。

  形形色色的星云

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  银河系中的星云物质,就形态来说,可以分为弥漫星云、行星状星云和超新星剩余物质云;就发光性质来说,可分为发射星云、反射星云和暗星云。

这张想象图展示了年轻恒星的相对大小,最小的是红矮星,质量约为0.1太阳质量;然后是黄矮星,即太阳所属的GV恒星;接着是质量在8太阳质量以上的蓝矮星;最后是具有约300太阳质量的R136a1

  从外形上看,弥漫星云没有明显边界,平均直径在几十光年,常常呈不规则形态。平均密度在每立方厘米10~100原子。大多数弥漫星云质量在10个太阳质量左右,它们主要分布在银河系内的银道面附近。弥漫星云又分为亮星云和暗星云,亮星云又分为反射星云和发射星云。

最重恒星的诞生

  双星团等均属疏散星团。在银河系内已发现1000多个疏散星团。

RMC 136a1通常简写为R136a1,是一颗位于大麦哲伦星系蜘蛛星云的恒星,距离地球约163000光年。这颗巨大质量恒星处于银河系以外,其所属的大麦哲伦星系是一个环绕银河系运转的星系。

  昂星团由1000多颗恒星组成,眼睛直接看到的只有六七颗,它离我们约417光年。距昴星团不远处有毕星团,它由300多颗恒星组成,整个星团集体在空间移动,称为移动星团。蜂巢星团由多颗恒星组成,它也是移动星团。一般说来,疏散星团由年轻的蓝巨星组成。

1960年,南非雷德克里夫天文台的天文学家发现了一个星团,并将其命名为RMC 136。后来,哈勃太空望远镜的观测发现,该星团由超过200颗极亮的恒星组成,其中最大的一颗被命名为RMC 136a1。

  球状星团由成千上万,甚至几十万颗恒星组成,外貌呈球形,越往中心恒星越密集。球状星团里的恒星平均密度比太阳周围的恒星密度高几十倍。同一个球状星团内的恒星具有相同的演化历程,它们属银河系中早期形成的恒星,大约100亿年了。球状星团多分布在银河系中心方向。比如,在人马座方向已发现30多个球状星团。在银河系中已发现约130个球状星团。最大最亮的球状星团是位于半人马座内的ω星团,相当于3等星的亮度,它距我们约1.6万光年。武仙座中的球状星团,在天文望远镜中犹如一朵盛开的菊花。它由约250万颗恒星组成,距我们约2.5万光年。

据估计,R136a1的质量为315太阳质量(最初发现时的估计值是265太阳质量,但2016年哈勃太空望远镜的进一步观测修正了最初的估计)。尽管R136a1是目前已知质量最大的恒星,但它曾经具有更大的质量。

  著名的猎户座大星云(M42)就是亮星云。它位于猎户座三星下面的小三星中间。1656年,被荷兰天文学家和物理学家惠更斯用自制的天文望远镜发现。用一般小型天文望远镜也能观测到它。它形似艳丽的棉桃,分外壮观。它的直径约16光年,质量约为太阳的300倍,离我们约1500光年。1880年9月30日,一位美国医生、天文爱好者亨利·德拉普用口径28厘米的折射天文望远镜,首次拍下猎户座大星云的照片。现在已知,猎户座大星云和它周围的恒星组成一个疏散星团。这个星团中有许多高温恒星,它们发出强烈的紫外辐射,使这团气体受激发光。在这个星云中已发现有许多年轻的恒星。天文学家们正密切关注着猎户座大星云内的活动。

“与人类不同,这些恒星诞生时质量很大,并随着年龄增长而逐渐流失质量,”英国谢菲尔德大学的研究者保罗·克劳瑟说,“极端质量的R136a1的年龄为100万年多一点,已经步入‘中年’,并且经历了大量的质量损失。”

  弥漫星云中的亮星云还有礁湖星云(M8)、鹰嘴星云(M16)、马蹄星云

虽然R136a1是已知质量最大的恒星,但并不是体积最大的,它的半径只是太阳的30倍左右。目前已知体积最大的恒星是盾牌座UY,其半径大约是太阳的1700倍,但质量却只有太阳的30倍。

  (M17)、三叶星云(M20)和玫瑰星云等。弥漫星云中的暗星云有猎户座马头星云等。

美洲杯冠军竞猜,如果R136a1与太阳放在一起,它会使太阳黯然失色,就像太阳光与月光的差别。它的强烈辐射将对地球产生非常严重的后果。英国基尔大学的研究者拉斐尔·赫胥说:“它的大质量会使地球年缩短到3个星期,它会让地球沐浴在极其强烈的紫外线辐射中,使地球生命无法生存。”

  行星状星云呈现类似大行星的形状,中心空,类似吐出的烟圈。1779年,威廉·赫歇耳观测到这种天体时,给它们起名为行星状星云。在行星状星云的中央有一颗很亮的恒星,恒星周围的环不断向外膨胀扩张。可见,行星状星云的寿命不会长久。目前已发现1300多个行星状星云。它们的质量一般在0.1~1个太阳质量之间。著名的行星状星云有宝瓶座耳轮星云和天琴座环状星云等。行星状星云属恒星晚年的结局。在银河系内普遍存在着行星状星云。其他河外星系中也有行星状星云。如仙女座星系中就已发现300多个行星状星云;大麦哲伦星系中发现400多个行星状星云;小麦哲伦星系中发现200多个行星状星云。

星系的塑造

  茫茫的星际物质

R136a1是一颗沃尔夫-拉叶星,这是一类罕见的巨大质量恒星,最显著的特征是具有电离的氦、碳或氮。类似太阳的恒星主要由氢和氦组成,而沃尔夫-拉叶星则携带大量的其他重元素。

  各类星云都属星际物质,它们是更密集的星际物质。银河系中星际物质的平均密度为每立方厘米1个氢原子,这种密度在地球上的真空都不能达到。然而就是这样的密度,银河系中星际物质总质量要占银河系总质量的10%。当然,星际物质的分布是不均匀的,它们主要分布在银河系的旋臂之中。

这些恒星的亮度极高,表面温度达到3万到20万摄氏度。相比之下,太阳表面温度只有5500摄氏度。

  星际物质包括星际气体和星际尘埃。星际气体包括:气态原子、分子、电子和离子等。观测证实,星际气体的元素中氢占多数,其次是氦。这表明什么呢?这与太阳和恒星上的化学元素分布是一致的。这充分说明星际物质和恒星演化有密切关系。星际尘埃是指直径很小 (十万分之一厘米)的固态物质,它们弥散在星际气体之中,大约是星际气体质量的10%。星际尘埃包括冰状物、石墨和硅酸盐等混杂物。星际物质的成分显示出在辽阔的宇宙空间物质的统一性和多样化的特征。

类似R136a1这样的巨大质量恒星对所处环境有着重要影响。科学家推测,它们的高辐射压力能驱动强劲的恒星风。这些恒星风能以每秒高达3000公里的速度,在100万年内将10太阳质量的物质抛散到太空中。

  通过烟尘或大雾观看物体时,会发现物体不清晰并变暗。通过地球大气中的薄云看星,星光也会大大减弱变暗。这些都是生活中最直观的大气消光现象。星际空间既然有星际物质存在,有没有星际物质的消光现象呢?当然有。星光在漫长的星际“旅途”中,穿过形形色色的星际物质,星光被吸收,使星光减弱,叫星际消光。星际物质使通过的星光被散射,散射的结果是使星光变红,叫星际红化。1930年,美国天文学家特朗普勒首次证明星际消光现象的存在。他在美国里克天文台观测研究星团时,发现远的一球状星团比预计的要暗要红。为什么会这样呢?是星团自身的性质问题?还是理论上的毛病?都不是。宇宙空间不是理想的真空,存在着星际物质“拦路”,造成星光被吸收和散射,引起星光变暗偏红。星际物质存在的客观事实,使天文学研究恒星世界要考虑一系列的改正问题。比如,银河系的直径要比以前确定的偏小;同时也引出一系列的新发现,如星际气体中氢的发现等。由星际物质引出的问题,说明人类的认识是有阶段性的,是不断地深入发展的。

相比寿命长达100亿年的太阳,沃尔夫-拉叶星的寿命要短得多,只有约500万年。科学家在银河系中已经发现了200多颗沃尔夫-拉叶星,但据估计,银河系中这类恒星的数量可多达2000颗,大部分隐藏在尘埃之后。科学家认为,大约一半的沃尔夫-拉叶星都有“同伴”,可能是另一颗巨大质量恒星,也可能是黑洞或中子星。

  银河星团

巨大质量恒星在以超新星形式爆发时,能将重元素扩散到所处星系中。虽然最初的宇宙充满了氢和氦,但恒星起到了加工厂的作用,将这些轻元素合成了几乎所有其他元素。当巨大质量恒星爆发、死亡的时候,会将物质抛射出去,被其他恒星吸收,或者聚集形成行星。

  银河星团的形状和恒星的集中度不规则,用望远镜可以分辨出其中各个单星。银河星团的直径一般不到几十光年,所含恒星数从十颗以上到几百颗不等。银河星团是属于星族I的天体,星族I的星是分布在银河系旋臂上的年轻、炽热的星,它们常常含有恒星从其中形成的原始星云状物质的痕迹。对一些离我们较近的银河星团,由于投影的原因,其成员星的自行不尽相同,它们从一点辐射出来或汇聚于一点,这样的银河星团又称为移动星团。

巨大质量恒星还与中子星的形成有关。在沃尔夫-拉叶星爆发之后,会留下一个高密度的中子星核。中子星的碰撞被认为是引力波的来源之一。

  已列入星表的1000多个银河星团中,最引人注目的是昴星团和毕星团。位于金牛座的昂星团,又称七姊妹星团,因我国古代把其中的七颗亮星列为昴属而得名。其视直径约为2°,距离太阳417光年,星数大约在250~500之间,它们都是较年轻的成员,估计为5000万年。这些星是从同一片星际云产生的,该云的遗迹还可从围绕着星团中一些星的云可见。著名的气壳星金牛座28就在昴星团内。

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