看过恒星的一生,才气熟悉宇宙真正的美

2021-02-28 网络
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[科技新闻]看过恒星的一生,才气熟悉宇宙真正的美

原题目:看过恒星的一生,才气熟悉宇宙真正的美

人类的乐成靠的是永不止歇的探索精神和无尽的想象。彻底解放我们想象力的无过于头顶上的繁星点点。不外无论若何起劲想象,我们都难以明白那片真正的天空是何等地错综复杂和浩瀚无垠。

自从伽利略在400年前首次将望远镜瞄向深邃的太空以来,人类的不懈探索正一步步揭开宇宙的神秘面纱。我们知道,地球上再壮观的烟火演出跟超新星发作相比,都市黯然失色;宇宙中充满着难以想象的物质,一颗方糖巨细的中子星就有数亿吨重;另有难以捉摸的黑洞、引力波等。

一样平常的光学望远镜是无法探测到其内部,要揭开它们的本质面纱就得需要X射线天文台的辅助。NASA(美国国家航空航天局)钱德拉X射线天文台,跟哈勃空间望远镜一样,是NASA在20世纪90年代最先生长的四大空间天文台设计之一,在人类的深空探索方面发挥了主要作用。

看过恒星的一生,

才气熟悉宇宙真正的美

NASA钱德拉X射线天文台为回首和纪录20年来的探索功效,其官方作品《NASA深空探索:钱德拉X射线天文台20年全记录》正式出版发行。它是由NASA钱德拉X射线天文台的5位科学专家撰写,是面向民众的科普作品,它用鲜活的图片,以及直观简练的文字注释,从微观到宏观,划分展示了恒星的降生和殒命、雄伟的星系王国、“宇宙巨人”星系团,以及意料之外的探索效果——捕捉时间边缘的黑洞,征采太阳系外的行星新天下,透视控制宇宙加速膨胀的神秘暗能量。

恒星是宇宙中所有物质演化的基础,是缔造生命元素的壮丽熔炉,更是熟悉宇宙的起源、演化和运气的主要基础,下面就让我们追随钱德拉的“X射线之眼”,一窥恒星的演化隐秘!

01

恒星降生

地球沐浴在无数恒星的光泽之中。有的恒星离我们近,有的离我们远。我们的银河系有跨越2 000亿颗恒星。这些恒星是伟大、浓密、严寒的气体云在自身引力作用下坍缩形成的。正是通过这种方式,在宇宙最深处,初生恒星的光泽最先闪灼。

钱德拉X射线天文台就像一个时间机器,用它最敏捷的 X 射线“眼睛”注视着这些初生恒星。年轻的恒星在降生后的几亿年里快速旋转,形成强烈的磁场,从而发生明亮的 X 射线辐射。钱德拉具有怪异而创新的镜面以及敏捷的探测器,会瞄准这些高能光子、粒子和X射线波。

恒星不是伶仃形成的,成千上万颗恒星群集在一起形成星团。星团中的所有恒星几乎是在同一时间降生的,降生时离星团中央的距离也大致相同,因此星团为磨练恒星演化若何取决于其质量的理论提供了一个理想的实验室。由于大多数星团最终会散去,我们所见到的星团都是相对年轻的,这些星团内里的恒星才降生几亿年之久。正常的中年恒星,好比离我们最近的太阳,具有炽热的、能辐射X射线的外层大气。

X射线观察已被证实是一种有用的工具,用于研究恒星外面四周的湍流加热若何依赖恒星的岁数、旋转和恒星类型,以及恒星的耀斑流动若何随着恒星的演化而 转变。这样的研究也可能为我们提供一些关于未来太阳流动的线索。

钱德拉也有助于领会年轻恒星的X射线若何影响其行星形成,以及更成熟的恒星若何影响其行星。钱德拉的研究还展现了巨行星可能会反过来影响它们的中央恒星。

接下来的页面展示了钱德拉的一些经典天文图像——年轻恒星被包裹在严寒的恒星灰尘摇篮里。许多图像是与哈勃空间望远镜观察合成的多波段图像,展示了恒星摇篮壮丽绚烂的结构。这些图像笼罩了广漠的天区,且所有图像显示的都是我们银河系内的天区。

战争与和平星云

战争与和平星云是我们银河系中的一个恒星 形成区,它至少有 3 个年轻的星团,包罗许多炽 热的、发光的大质量恒星。来自钱德拉和德国伦 琴 X 射线天文台(ROSAT)的 X 射线发现了数百 颗年轻的恒星,探测到了热气体辐射出的 X 射线。大质量恒星外面的辐射和被吹走的物质,加上超 新星发作,发生了泡泡或朴陋。X 射线数据与光学 和红外数据相连系,完成了这幅宇宙图景。

尺度和距离

图像笼罩约 70 光年的天区

距离地球约 5500 光年

波长 / 颜色

X 射线波段 :紫色

光学波段 :蓝色

红外波段 :橙色

鹰状星云

尺度和距离

图像笼罩约 5.13 光年的天区

距离地球约 5 700 光年

波长 / 颜色

X 射线波段(较大的光点):红色,绿色,蓝色

光学波段(漫射和较小的光点):红色,绿色,蓝色

02

恒星殒命

正如钱德拉见证了恒星的降生,它也见证了恒星的殒命。当一颗恒星缺乏足够的燃料时,它中央的核聚变便会住手,于是最先将外层大气抛入太空。大质量恒星会以超新星发作的形式竣事生命,殒命仪式蔚为壮观。伴随着这种既平静又凶猛的方式,恒星的殒命历程进入新的阶段:炽热的气体云迅速膨胀,辐射出明亮的X射线。

每隔50年左右,我们银河系中就有一颗大质量恒星殒命,发生超新星发作。超新星发作是宇宙中最猛烈的事宜之一,发作的威力会发生炫目的辐射闪光,冲击波在太空中隆隆作响。

恒星的殒命不只有暴力的一面,另有更有意义的一面。超新星发作也是向银河系播撒碳、氮、氧、硅和铁等元素的主要方式,这些元素正是我们已知的生命所必须的。通过超新星发作,地球上便有了生命所必须的大部分元素,否则这些元素就会被锁定在恒星的熔炉焦点里。我们这些生命体的存在完全归功于这些宇宙事宜 :实际上我们都是星尘的一部分。

像钱德拉这样的 X 射线望远镜对研究超新星遗迹及其发生的元素非常主要,由于超新星发作会发生极高的温度(数百万摄氏度),甚至在发作后数千年依然如是。这意味着许多超新星遗迹会一直辐射出最强的X射线,而难以被其他类型的望远镜探测到。

借助钱德拉,我们对恒星若何庄严地竣事它们的生命发生了革命性的明白,这是钱德拉最伟大的科学遗产之一。接下来的图像展示了殒命的恒星,其中一些是几个世纪甚至几千年以来人类所眼见到的。这些天体横跨银河系甚至加倍遥远,通过把古代天文学家收集到的信息与现代科学有机连系,我们可以对它们的生死循环有所领会。

猫眼星云

,科技新闻实时报道,

猫眼星云(NGC 6543)是行星状星云,代表了我们的太阳在几十亿年后将履历的一个阶段。在这一阶段,太阳将膨胀为一颗红巨星,然后剥离大部分外层,留下一个炽热的焦点,焦点会坍缩成一颗致密的白矮星。濒死恒星的粒子风与喷射出的大气碰撞发生冲击波,钱德拉在“猫眼”(哈勃的光学数据显示)中探测到的 X 射线辐射就是由此形成的。

尺度和距离

图像笼罩约 1.7 光年的天区

距离地球约 3 000 光年

波长 / 颜色

X 射线波段 :紫色

光学波段 :橙色,蓝色

眨眼星云

眨眼星云 ( NGC 6826)是一个行星状星云,在光学和X射线的光线下,它有点像一只眼睛。在其一生的大部分时间中,周围的气体都属于中央恒星,这些气体很有可能占其近一半的质量。这颗炽热恒星的残骸(位于粉色椭圆中央)推动一股疾风吹向更老的物质,形成一个加热的气泡,将较老的气体推到前面形成一个明亮的边缘。这颗注定殒命的恒星是四周所有行星状星云中最亮的恒星之一。

尺度和距离

图像笼罩约0.77光年的天区

距离地球约4200光年

波长 / 颜色

X 射线波段 :紫色

光学波段 :红色,绿色,蓝色

仙后座 A(Cassiopeia A)

仙后座 A(Cassiopeia A)是钱德拉发射升空后观察到的第一批天体之一,它是一个壮 观的超新星遗迹,它告诉了我们地球上生命所需的大部分元素从何而来?这张由钱德拉X射线天文台拍摄的图像向我们展示了谜底。大质量恒星会以超新星发作的形式竣事生命,并以此向银河系播撒已知生命所必须的碳、氮、氧、硅和铁等元素,否则这些元素就会被锁定在恒星的焦点内。实际上我们都是星辰的一部分。

超新星发作后通常会留下一种密度极高的天体,叫作中子星(neutron star)。在某些情况下,两颗大质量恒星爆炸后,即便形成了中子星,依然能形成引力约束系统。若是两颗中子星靠得很近,它们的轨道就会缩小,直到合并,发生引力波,也就是时空涟漪。

2017年,钱德拉就探测到这样一个天文事宜的余晖,这也是我们第一次记录下这种天文事宜。

尺度和距离

图像笼罩约 20.5 万光年的天区

距离地球约 1.3 亿光年

波长/颜色

X射线波段 :紫色

夜空中熠熠闪光的恒星,“拉手”起舞的双星,热烈活跃的超新星,“宇宙灯塔”脉冲星……但这仅仅是钱德拉众多里程碑式发现的一部分,书中关于黑洞高速喷流、星系团猛烈碰撞的高能展示更令人叹为观止。书中的每一幅图像都是大自然的巧夺天工,是宇宙交响乐的音符,是广袤宇宙的剪影。

只管我们已经从钱德拉那里学到了许多,但宇宙中另有更多谜团需要我们去解开,另有更多的科学问题等着我们去探索。NASA的众多科学家已经为钱德拉的“接棒人”——下一代 X 射线天文台工作了好几年,新的望远镜的敏捷度可能是钱德拉的100倍,在观察能力上也将有一个大的飞跃。

天文学帮你扩展空间坐标系,历史帮你扩展时间坐标系;一个人的坐标系有多大,见识才气有多广。熟悉宇宙,就是重新熟悉我们自己,重新熟悉我们的人生。

我们希望你会喜欢本书这些图像和解说,就像我们喜欢与你分享它们一样。

THE END

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