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红外观测下的恒星摇篮(上)

《科学世界》  发表于 2018年05月08日

红外线可以穿过遮蔽可见光的浓密尘埃和气体,让我们看到星云内部刚刚诞生的恒星。不过,由于大气对红外线吸收强烈,因此需要将望远镜安置在太空方可进行精细观测。不同的红外线太空望远镜有着各种各样的特征。本文将介绍斯皮策空间望远镜、赫歇尔空间天文台、广域红外线巡天探测者等拍摄的图像。

                                             201603p66_f1.jpg

图1. 猎户座中的新生恒星

 

图1为猎户座大星云(M42)的红外图像。猎户座大星云距离地球大约1344光年,半径约12光年,位置在猎户座腰带三星(参宿一、参宿二、参宿三)的下方,是能够用肉眼看到的星云。图像中心的明亮区域内,聚集着星云中已经诞生数十万年的恒星。由于图像过于明亮,单个恒星无法分辨。

另外,在这个明亮区域的左侧,紫红色的小亮斑隐约可见。这些是尚不能称为恒星的新生“原恒星”。原恒星隐藏在浓密尘埃的内部,很难被可见光探测到。

图中,尘埃被恒星加热,在24微米波段产生的红外辐射用红色表示,致密尘埃所产生的8微米红外辐射用绿色表示。摄自斯皮策空间望远镜(Spitzer Space Telescope)。

 201603p66_f2.jpg图2. 闪耀的火焰

 

上图为在红外波段拍摄的NGC2024星云(即火焰星云)及周围区域。如同红色火焰般的区域就是NGC2024。它的周围包被了厚厚的尘埃,这个明亮区域则是重重尘埃中的空洞。这是由于星云内部的恒星产生了强烈的紫外辐射,吹开了曾包被在恒星周围的浓密尘埃所致。在图像右侧,也能发现同样机制产生的类似构造,那里被命名为NGC2023。本图摄自斯皮策空间望远镜。

在可见光波段中,这张图的部分区域尘埃聚集如马头状,这就是著名的马头星云。试着在右边的红外图像中找到马头星云的位置吧。

 201603p66_f3.jpg图3. 找出正在成长的恒星!

 

图3中观测的是正在形成众多恒星的W33区域。图中的红色部分与前页NGC2024星云相同,为巨大的年轻恒星吹散周围尘埃而产生的空洞。

值得注意的是,画面中间有一些黄色的球,这是正在成长的年轻恒星的特征。这些球表示的是恒星周围的尘埃被吹走之前的样子:被恒星发光所加热的尘埃发出的红外辐射(红色)与致密尘埃发出的波长较短的红外辐射(绿色)叠加起来,便产生了黄色的效果。因此,只要找到黄色的球,就能发现尘埃被吹散前,仍在成长中的恒星。

如果产生这个球的恒星继续成长,画面中就会出现巨大的红色空洞。右面的图像展示了随着恒星的成长,红外波段观测到的恒星周围会出现怎样的变化。本图摄自斯皮策空间望远镜。

 201603p66_f4.jpg图4. 红外探测揭示的恒星成长过程

 

上图展示了恒星诞生后各成长阶段红外波段的图像。它们分别来自不同的区域。

首先,刚刚诞生于致密尘埃中的原恒星,隐隐约约地显现出一颗亮斑。

比原恒星稍稍成长了的恒星,开始一点点地吹散周围的尘埃。尘埃较稀薄的红色区域和较致密的绿色区域重叠,看上去是个黄色的球。

经过了更长时间,已经成熟的恒星将周围的气体吹散,形成巨大的空洞。

 201603p66_f5.jpg图5. 埋藏在尘埃中的原始星团

 

图5为巨蛇座中恒星正在形成的区域。图像中间蓝白色亮星的周围,可以发现许多黄色的亮斑,其中大部分都是刚刚诞生不久的原恒星。在这个为致密尘埃包裹的区域内部,恒星正大量产生。但由于尘埃遮挡,用可见光并不能观测到原始星团。

在图示的恒星中,箭头所指的黄色恒星所发出的光隐隐约约向左上方延长。这是从恒星中发出的喷流(气体流)。喷流是刚诞生的原恒星所特有的现象。

此图由斯皮策太空望远镜的观测结果(红色、黄色),和美国众多研究机构联合开展的2微米全天巡视(Two Micron All Sky Survey,2MASS)项目所得到的波长较短的近红外观测结果(蓝色)合成而得。

 

(本文发表于《科学世界》20163期)


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