哈勃的功績(jī)之銀河科學(xué)

梁曉鵬

星系是太空行為發(fā)生的場(chǎng)所，是虛空大海中活動(dòng)的島嶼。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)幫助我們辨認(rèn)出宇宙最強(qiáng)大的爆炸的來(lái)源，了解了星系如何產(chǎn)生，觀察到恒星生命的最后階段。

氣塵絲環(huán)繞中子星的現(xiàn)象屬于超新星爆發(fā)的遺留。伽馬射線暴

20世紀(jì)60年代，美國(guó)空軍發(fā)射了一系列衛(wèi)星，用以監(jiān)控伽馬射線。當(dāng)時(shí)《部分禁止核試驗(yàn)條約》剛剛簽署，美國(guó)想監(jiān)控傳說(shuō)中的核試驗(yàn)釋放的輻射。

衛(wèi)星很快就監(jiān)測(cè)到了伽馬射線，但經(jīng)過(guò)研究，美國(guó)空軍迅速排除了輻射源為核彈的猜測(cè)。事實(shí)上，這些爆炸與地球根本沒(méi)有任何關(guān)系。通過(guò)進(jìn)一步研究，科學(xué)家逐漸意識(shí)到，他們每天都能觀測(cè)到突然增強(qiáng)又突然減弱的伽馬射線，其源頭是宇宙空間。他們似乎目擊了宇宙中最猛烈的爆炸，但沒(méi)有探測(cè)到爆炸源。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡追蹤了這個(gè)秘密，得出的結(jié)論是：這些爆炸來(lái)自超新星爆發(fā)，巨星的爆發(fā)能形成一個(gè)黑洞或中子星。可是，并非所有的超新星都能產(chǎn)生伽馬射線暴。那么，產(chǎn)生伽馬射線暴的真正原因是什么呢？

科學(xué)家現(xiàn)在知道，至少有兩種不同的伽馬射線暴。哈勃的觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分伽馬射線暴來(lái)自最明亮的產(chǎn)星區(qū)域，這些區(qū)域擁有金屬含量較低的恒星。看來(lái)，金屬含量高的恒星和金屬含量低的恒星形生超新星的過(guò)程可能不同。有一種觀點(diǎn)是，金屬含量低的恒星死亡時(shí)傾向于保留更多的質(zhì)量。如果真是這樣，伽馬射線暴很可能是黑洞誕生的信號(hào)。

跟蹤星系的歷史

星系間相互吸引，常會(huì)引起碰撞和合并。這樣的相互作用在早期宇宙中發(fā)生得更為頻繁。天文學(xué)家相信，這樣的星系撞擊是星系生成和變化的重要途徑。

銀河系及其鄰居仙女星系都是靠吸收較小的鄰近星系形成的。我們可以通過(guò)研究一個(gè)星系中恒星的年齡、布局、構(gòu)成以及公轉(zhuǎn)速度來(lái)驗(yàn)證這個(gè)假說(shuō)。

哈勃觀察到了仙女座主星系圓環(huán)以外恒星區(qū)的光環(huán)。仙女座是距離銀河系最近的星系，雖然在地面上也可以觀察到，但只有哈勃空間望遠(yuǎn)鏡才有足夠強(qiáng)大的分辨率，可以看見(jiàn)它里面的一個(gè)個(gè)恒星。

天文學(xué)家原本認(rèn)為，仙女星系光環(huán)里的恒星已經(jīng)很老，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為光環(huán)是星系形成初期的產(chǎn)物。但哈勃的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，處于這個(gè)星系外部區(qū)域的恒星的年齡范圍很寬，從60億年至130億年不等。較年輕的恒星可能是通過(guò)碰撞進(jìn)入仙女星系的，仙女星系吞沒(méi)了這些小星系，將其恒星據(jù)為己有。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果，給星系的互動(dòng)和合并是所有標(biāo)準(zhǔn)大星系演化歷史的一部分這一觀點(diǎn)提供了強(qiáng)有力的支持。

海山二的最終命運(yùn)可能是因自身巨大的引力而坍縮成黑洞。坍縮時(shí)能量將自其自轉(zhuǎn)軸兩極以噴流方式噴出，形成伽馬射線暴。

垂死的恒星

像太陽(yáng)這樣的中等大小的恒星在生命終結(jié)時(shí)，會(huì)將其外層氣體噴射到空中，留下恒星的熱核——一顆白矮星，用時(shí)大約是1萬(wàn)年。這顆白矮星的射線會(huì)使氣體發(fā)光，形成獨(dú)特而且漂亮的形狀，被稱(chēng)為行星狀星云。這個(gè)名稱(chēng)來(lái)自天文學(xué)早期，當(dāng)時(shí)人們以為他們通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看到的模糊形狀可能與行星有關(guān)。

現(xiàn)在，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到許多這樣的星云，發(fā)現(xiàn)了大量復(fù)雜而奇特的形狀，有些像隧道，有些像套環(huán)。貓眼星云由11個(gè)氣泡組成，從我們的視角看上去，每個(gè)氣泡都是一個(gè)圓環(huán)。通過(guò)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家觀測(cè)到恒星前期噴出的物質(zhì)與新近噴出的物質(zhì)之間正在發(fā)生互動(dòng)，這說(shuō)明行星狀星云不是恒星垂死時(shí)一氣呵成的，而是由多次爆炸形成的。

盡管在相對(duì)短暫的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生如此復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力迄今仍然很神秘，但哈勃的每一張圖像都有助于我們更進(jìn)一步理解類(lèi)似太陽(yáng)的恒星怎樣度過(guò)自己臨終的年代。

比太陽(yáng)大8倍至25倍的恒星會(huì)以另一種方式結(jié)束自己的生命——巨大的爆炸，被稱(chēng)為超新星爆發(fā)，之后會(huì)遺留一個(gè)中子星或一個(gè)黑洞。當(dāng)這些巨大恒星的燃料耗盡時(shí)，它們的核就會(huì)坍縮并爆炸，把自己的外層急速?lài)娤蛱铡?/p>

天文學(xué)家第一次看到超新星爆發(fā)是在17世紀(jì)，當(dāng)時(shí)的歐洲還處在向北美殖民的進(jìn)程之中。到了1987年，大麥哲倫星云的超新星爆發(fā)的光已經(jīng)到達(dá)地球。3年之后，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空，開(kāi)始就近監(jiān)測(cè)這次爆發(fā)。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡反復(fù)觀察了超新星1987A，看到了已爆發(fā)恒星周?chē)W亮的氣環(huán)和氣結(jié)。

現(xiàn)在，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡正在監(jiān)測(cè)一個(gè)處于形成過(guò)程中的超新星——船底座海山二星。這是一個(gè)超巨星，質(zhì)量是太陽(yáng)的100多倍。1843年，它成為我們夜空中的第二亮星。哈勃圖像顯示，這顆不穩(wěn)定的恒星噴射出兩只“耳垂”，這是它最終爆發(fā)的前奏。由于船底座海山二星的質(zhì)量太大，科學(xué)家認(rèn)為它最后可能成為一個(gè)超巨新星。endprint