我们的家乡

时间:2022-10-24 08:25:57

我们的家乡

在20世纪,天文学家绘出了很大的天图,远远超出了太阳系和整个银河系。可是最近几年来,宇宙制图学家又重绘了银河系的图像,那是为什么?因为有许多天体过去一直未能见到。

银河系是太阳系所在的恒星系统,聚集了2000余亿颗恒星和大量的星团、星云,还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的直径约为100000光年,中心厚度约为12000光年,总质量是太阳质量的1400亿倍。银河系是一个旋涡星系,具有旋涡结构,即有一个银心和四个旋臂,旋臂相距4500光年。我们的太阳位于银河系的一个支臂猎户臂上,到银河中心的距离大约是26000光年。若从侧面看去,银河系像一个椭圆平面,称为银盘;其中心部位镶嵌着一个球形区域,称为银核,直径达8000光年,这里是星球、气体、尘粒密集处;而最中心处,则是人马座A*(简称A*星)的“宝座”。

令人吃惊的是,我们星系还是一个反物质大工厂,在银心处,每秒进行一次电子和反电子(即正电子)各100吨的大碰撞,其结果是发射出灼热的伽马射线闪光。银河系极大部分的辐射(从可见光到伽马射线)主要出于银核,那里居住着大量光辉耀眼的短命新星。但对湮灭的辐射之源有不少看法:一说为暗物质衰变的结果,也可能是宏观黑洞所喷出;另一说是超新星爆发产生的结果;还有一说是黑洞或中子星,在它们“大吃恒星”时也可能暴出湮灭辐射。总之,其情况深奥莫测。

研究者近来说,还有一种新情况:若银河系的磁场发生变化,也会辐射出正电子,而且它们往往在湮灭之前飞奔几万光年。最后,天文学家要重点考虑A*星,它是一个中心巨型星洞,其质量约为太阳的400万倍。它一般处于平静状态,有如火山之休眠。但几百万年前,它曾喷发过一次正电子,形成一个球状的湮灭晕圈,不过尚未见到它发出的伽马射线。黑洞当然不会发出任何东西,这里所说的发出正电子,是指光物质以日益加快的速度逼近黑洞时,必将在黑洞近旁有碰撞,从而产生的各种高能现象。

由于黑洞本身是不可见的,天文学家通过测量那些绕行于黑洞的星球途径判断出它的存在。有两个研究小组(美国和德国)一直在进行这项工作,已有20年了。他们说,到2018年,人们将看到一颗星——S02,它处于离A*星最近的距离上,其间隔约为太阳至冥王星的3倍。这颗星将盘旋着经过黑洞,天文界将借此检验相对论,因为它曾具体地预言物质接近强引力场的行为。他们说:“这是从未做过的在最大质量范围上的引力实验。”

新的改进了的望远镜,将为人们提供更佳的观测机会。诸如甚大望远镜和盖密尼望远镜(智利),它们均装配有最新的光学配件,能向天空发出多条激光,以做观察精确导向,故这一技术能校正因地球大气所产生的干扰效应。2012年夏,银心研究专家A.吉改进了对银河中心的观测,其最终目的是:从现在观测离A*星0.3光年的星球,改到远至3光年的距离。

处在A*星周围的并非仅是星球,还有气云也在做它们的死亡之旅。利用甚大望远镜,天文学家给黑乎乎的一团拍了照,它正在加速飞行,从2004年的1200千米/秒至2011年的2350千米/秒,它已被拉长为一股“面条”,直奔A*星。其中气云的主要部分将落入黑洞,此时将辐射出超X射线。天文学家说:“这绝对是十分珍奇的,我们将实时见到,但我们确实不知道还会产生什么现象。”

在银河系的中心部位,为何以及如何形成这个球状的银核,仍是一个谜。大多数理论家认为,在银河系于120亿~130亿年前形成后不久,那些星球就聚在一起,形成一个凸出部分。过了10亿年,这些天体就慢慢地聚成了这球状区域。但对银核星球的最新研究指出,其中大量的星球,其年龄比预期的小,在20亿-50亿年。天文学家M.里奇说,我们需要计算这些年轻星球是否属外来户。

在银核中还有一条星球密布之带,它沿着银盘的平行方向插入,并贯穿了整个银核,形成了一个星球稠密的柱状区(称银柱)。这一柱状区的两端有大量星球流出,以形成银河系的典型玩具风车形状。

里奇的探测揭示出一个珍稀特征,那就是这一柱状区的旋转形态像一个圆柱体那样滚动,甚至还带动着银河系的其余部分。这种情况在其他星系中也有所见,也许在宇宙中具有普遍性。

新的理论有可能搞清这些问题。中国的一个天文学家小组,正在用电脑模拟银核的形成。他们根据里奇有关银核轴向速度来分析数据,其结果跟目前的主流理论(认为原始银河必跟其他星球盘相碰过,而当所有残存物拼合在一起时,就形成了银核)相反。他们认为,原始星系旋转盘可能自然地产生了一个手柄状的柱体,继而它慢慢地变得密厚,形成如今的模样。

这个模型为银核和柱(状)体的形成提供了一个直接的解释。带柱状的星系大多有漂亮对称的旋臂,就像我们的银河系。

本杰明说:“星系天文学有如一个巨大的拼板玩具,那里有不少拼板放错了地方。”20世纪50年代,天文学家第一次纠正了一些拼板的位置。由于追踪中性氢气体的分布,其谱线在21厘米上,这意味着它能通过空间而不被尘埃所阻。突然间,科学家看到来自银河系那一边的气云信号,从而使得科学家绘出银河系的大结构。不过,直至最近的10年,天文界利用其他数据才获得明确的结果。

例如,2008年,哈佛斯密松宁中心的研究者T.戴姆和P.撤迪厄斯报告说,他们发现了一条弯曲的臂,处于银心的远边。这条臂现被称为3一KPC,十分类似于近地球这边的那条臂的对偶。2011年7月,他们又发现了一条最远的臂,现在知悉,它是Scutum Centinuation旋臂的一部分,而该臂有时消失在银河的另一侧,而后又在目前观测到的一侧重新出现。

戴姆说,我们的星系有着惊人的地方。迄今,对银河系结构的最佳科学概括,并非像教科书上所说的,却是一张图,是一幅艺术性的星系概念图,就像一个从上方看下去的、美丽的镜像旋涡(十分对称)。他说,银河系并不像模型所显示的那样有序。

不久的将来,天文界可能做一次大规模的测量,它将利用脉冲(这是一种天文现象,它如一个激光口,将放大天文辐射)绘出星系的结构。他们将在5年中精确测量银河系中约400个脉冲的距离,这包括穿过银心直至星系那一边的远方。

这一测量早就引起了人们的关注。它的初步工作表明,太阳至银心的距离以及银河系自身旋转的速度,前者为2.74万光年,后者为每秒250千米。而太阳系绕中心一周需要2.3亿年。

高速旋转,意味着银河系的质量要比过去预期的大上5%。里奇等人于2008年报告说,若如此,那么银河系和仙女星系相互的吸引拉力将把它们拉到一起,并加速碰撞。

绘制出一幅完好的整个银河系天图可并非易事,不过这项巨大测绘工程已经开始。欧洲空间局的“盖娅”飞船将探测接近太阳系区域的10亿颗天体,这相当于银河系天体总数的1%。若此项工作成功,无疑为研究银河系开拓了新纪元。

本杰明说:“我们现在正使用一切方法去绘出银河系。人们都在关注老数据的更新和新的发现。”现在还发现,在银盘外面有一个含有稀疏星球的暗的球状晕,和紧紧聚在一起的球状星团,它们都在银河系内运行。这样看来,银河系的总跨度远远超出10万光年,而是30万光年。

(盛文娟 插图)

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