阿迈
第1楼2011/05/11
[图片说明]:恒星形成区RCW 49是银河系中恒星的最高产区之一。这张斯皮策空间望远镜所拍摄的照片揭示出了在可见光下不可见的数百颗恒星。RCW 49位于半人马座,距离地球13,700光年。版权:NASA/JPL-Caltech/E. Churchwell (University of Wisconsin)。
但是银河系大约4千亿颗恒星中占大多数的是质量比太阳小的中年或者老年恒星。这些红色的低温恒星会发出看不见的红外辐射(热)和少量的可见光。因此,为了了解银河系中恒星形成的详细情况,天文学家就需要把他们的视野拓展到红外波段。
为此,天文学家们使用美国宇航局对红外辐射极为灵敏的斯皮策空间望远镜为银河系号了一把脉。由“斯皮策”所进行的两个互补的巡天所得到的结果已经开始改变了天文学家对于银河系中恒星形成的看法。初步的结果显示,银河系目前如此高产的恒星诞生率维持不了10亿年。
阿迈
第2楼2011/05/11
银河系的红外脉搏
“斯皮策”的红外中银道面非常巡天(GLIMPSE)和内银道面多波段成像测光巡天(MIPSGAL)对银道面进行了迄今最高灵敏度和分辨率的观测。MIPSGAL的首席科学家、美国加州理工学院的肖恩·凯里(Sean Carey)说,即使是在可以预见的未来这些大尺度的观测也绝对是最佳的。这是因为在十年之内没有哪一个计划能集灵敏度和大视场于一身。
这两个巡天覆盖了银道面上下各1°、银心两侧各65°的天区。它们在近红外和中红外波段观测了从银河系中央核球到旋臂在内的银河系结构。
“GLIMPSE所观测到的大部分恒星是以前从没有见到过的,”GLIMPSE首席科学家、美国威斯康星大学麦迪逊分校的天文学家埃德·丘奇威尔(Ed Churchwell)说,“在我们观测到的天体中有许多天体是2微米全天巡天已经观测到过的,因此两者之间可以进行交叉认证。但是,即使是在近红外波段,尘埃也会限制可观测到的恒星数量。所以GLIMPSE星表中所给出的1.1亿颗恒星并不全是新发现的,但是其中大部分是以前没有观测到过的。”
阿迈
第3楼2011/05/11
猎户星云——并没有想的那么大
此外,这两个巡天都证实,天空中被研究的最多的恒星形成区猎户星云(M42)和更遥远的恒星形成区比起来其实并不大。天鹅星云(M17)、船底星云或者是RCW 49中的恒星形成活动都能让猎户星云相形见绌。恒星形成区中的星团通常可以包含有几百到上千颗的恒星,这些恒星中的绝大部分又位于双星系统之中。
“我们发现了大量以前没有见到的恒星形成区,且这些恒星形成区遍布每个角落,其广度超出了我们的想象,”丘奇威尔的博士生马修·波维奇(Matthew Povich)说,“人马座中的M17其实是一个巨型的恒星形成区。它包含了一个质量相当大的星团,其中还有几颗银河系中最亮的年轻恒星。正如M17所显示的,在不同时间都会有恒星形成,因此通常很难区分。”
阿迈
第4楼2011/05/11
[图片说明]:天鹅星云(M17)位于人马座,距离地球大约5,500光年。其中的恒星形成速度甚至比猎户星云还要快得多。版权:NASA/ESA/J. Hester (ASU)。
当天文学家试图要计算银河系中的恒星形成率是否真的比现在预期的要高的时候,这一不确定性就会让人对此尤为困惑。不过,GLIMPSE的初步结果还是显示银河系中的恒星形成率可能需要大幅度地上调。
丘奇威尔的小组估计了M17中的恒星形成率,发现大约是每年0.008个太阳质量——远高于银河系中的平均水平。由于只详细研究了几个大的恒星形成区中的恒星形成率,因此很难精确地给出最新的银河系全局的恒星形成率。且由于这个问题本身的尺度和复杂性,对这一问题的研究还必须要有一个长期的计划。
即使如此,银河系中的恒星形成区大多分布在距离银河系中心10,000到30,000光年的范围内。而太阳系到银心的距离大约为26,000光年,差不多正好位于盾牌-半人马旋臂和英仙旋臂之间。
在这个距离上,星际物质中原子和分子的比例大约是五五开。在这个距离之外,氢原子就会在星际环境中占据主导。由此在太阳绕银心转动的轨道以外,恒星形成率就会快速下降。
阿迈
第5楼2011/05/11
高产的银心
然而,银河系中质量最大的一些恒星形成区都非常靠近银心。例如,拱形星团(因毗邻射电观测到的拱形纤维结构而得名)到银河系中心超大质量黑洞人马A*的距离不到几百光年。
“斯皮策”对银心也进行了观测,但是由于那里太亮,因此没有呈现出那些星团的更多细节。这些星团必定是最近才形成的,因为它们拥有大质量的恒星。但是形成这些星团的分子云比外部旋臂转动的速度要快好几倍,所以很难理解它们是如何把足够的物质聚拢到一起进而形成恒星的。
阿迈
第6楼2011/05/11
从星云到恒星
猎户座中的恒星形成区在最近1千万年的时间里已经产生了数千颗恒星。这些恒星形成区的大小从60到300光年不等,质量可以达到100万个太阳质量,是银河系中最大的结构之一。
绝大多数的大质量O型和B型恒星都形成于巨分子云。在刚刚诞生的时候,引力通常会把它们束缚在形成它们的星云之中。但是当这些大质量恒星开始发光之后,它们的紫外辐射就会驱散这些气体。此外,由于巨分子云内部的动力学作用,这些大质量恒星也会很快被甩出它们的巢穴。猎户座中的参宿四就已经踏上了一条不归路,在它形成之后的1千万年里它已经向外运动了150光年。
阿迈
第7楼2011/05/11
[图片说明]:仙王座中正在成长的类太阳恒星L1157,它的年龄大约只有几千年。对于这样的年轻恒星,它会从两极向相反的方向形成喷流。同时它还会具有一个尘埃盘,其中可能会有行星形成。L1157位于大量的不透明尘埃之中,因此只有在红外波段下才能看见。版权:NASA/JPL-Caltech/UIUC。
“值得注意的是,即便不同的恒星其内部的物理状态会差上好几个量级,但是它们的外表却都惊人的相似,”美国加州大学伯克利分校的天体物理学家克里斯托弗·麦基(Christopher McKee)说,“但在通常情况下,只要改变初始条件就会改变结果。”
与之相关的一个问题是,环境是如何影响一颗形成中的恒星的大小的。除了纯粹的兴趣之外,对这个问题的认识将为理论天体物理学家提供一个把银河系和恒星演化联接起来的工具,同时还能对宇宙中有多少普通物质进行限制。
质量小于0.08个太阳质量的天体温度太低无法启动氢聚变。这些“失败的恒星”被称为褐矮星。在另一个极端,质量超过150个太阳质量的天体由于不稳定也不会存在下去。这样一个大质量天体会因为温度太高,它所产生的能量将以绝对的优势压倒将星体束缚在一起的引力能。观测证据显示,我们银河系中恒星的平均质量大约为0.5个太阳质量。
“天文学家相信绝大多数的恒星形成于分子云中高密度核的引力坍缩,”法国巴黎天文台的天体物理学家帕特里克·埃内贝勒(Patrick Hennebelle)说,“问题是这个核中有多少质量最终组成了恒星?另外,一个核是只形成一颗恒星还是会形成一个小型的星团?在观测上已经知道,恒星的质量直接和发生在分子云中的物理过程有关。”
阿迈
第8楼2011/05/11
开始第二代
虽然GLIMPSE小组只能对巨分子云中复杂的全局动力学细节进行推测,但是它已经确认了一种触发下一代恒星形成的新机制。这一过程始于大质量的O、B型恒星以及它们膨胀的高温气体泡。天文学家估计,在银河系中大约有2万颗这样的大质量恒星。
GLIMPSE观测到了591个恒星泡,它们就像球形的活塞会挤压周围的气体,并且引发下一波的恒星形成。到目前为止,“斯皮策”已经发现了数个初期恒星体候选体,它们的形成可能就是由这些膨胀的气泡所触发的。
这些气泡会挤压并且推动气体。当这些被压缩的气体进入了某些已经稍稍偏离引力平衡的区域,增加的密度就会引发坍缩并且开始形成恒星。对这一结果的确认不仅来自对单颗恒星周围气泡的观测,还来自于它们自身——当被激发的氢分子撞入周围的星际介质的时候,它们会在伪色彩的红外图像中形成绿色的模糊辐射区。
阿迈
第9楼2011/05/11
[图片说明]:拱形星团距离银河系中心不到几百光年。目前天文学家还无法确定银河系是如何把物质聚集起来形成这个银河系中密度最高的星团的。版权:NASA/ESA/D. Figer(STScI)。
GLIMPSE已经发现了300个左右的细长、延展“绿色模糊区”——它们就是原恒星的偶极外流。这些外流和活动星系中央的类星体所产生的喷流非常相似。不过这些绿色模糊区在这里则是单个恒星泡可以触发下一代恒星形成的观测证据。
然而,恒星形成最终还是会受银河系自身条件的限制。除非有内落的星系际气体或者是吸积近邻的矮星系,否则银河系中能用于恒星形成的气体总量是有限的。虽然银河系中还有几十亿个太阳质量的低温分子氢,但是天文学家也在思考银河系将来是否也会经历能源危机。
“估计显示,银河系会可能在10亿年之内耗尽分子气体,”美国加州大学伯克利分校的天文学家利奥·布利茨(Leo Blitz)说。
不过可以肯定的是,II型超新星会向周围的星际介质抛射大量的氢。就算是没有经历超新星爆发的恒星也会在红巨星阶段抛射出它们绝大部分未被使用的氢。麦基估计,恒星质量的大约30%最终会回到星际介质中。
我们的太阳形成于45亿年之前,但是它不会永远存在下去。就像我们的血肉之躯最终会被再循环一样,太阳也会奉献出它从未使用过的氢去点亮另一颗恒星。现在我们要做的就是去欣赏这所发生的一切。
雾非雾
第10楼2011/05/11
10亿年?也许地球早已不存在了,说得那么远,根本无法证明,感觉就点类似于不可知论。