~微波銀河~影像提供:ESA, Planck HFI & LFI Consortia
從我們側向的視角看去,銀河系穿過了這張假色全景影像的中央。這張廣闊的微波圖片是基於普朗克巡天衛星上的設備經過1年拍攝收集到有價值的資料製成。
影像中最為顯著的是沿著銀河盤面出現的明亮的氣體和塵埃雲,以及在微波能量下所見到的星系巨大的弧狀結構,這些都距離我們大約成百上千光年遠,而影像頂部和底部斑駁的區域代表著宇宙微波背景(CMB)輻射,距離我們大約137億光年。
自從大爆炸留下來之後,CMB內的波動反應了演變中的宇宙其結構的起源。通過分析微波資料,普朗克計畫的科學家計畫分離銀河系和CMB輻射的效果。這項工作能搜出整個天空中CMB的特徵以及收集我們銀河系的資訊。
~宇宙爆炸N49發出的高能氣爆~影像提供:X-ray: NASA/CXC/Penn State/S. Park et al.; Optical: NASA/STScI/UIUC/Y. H. Chu & R. Williams et al.
在影像最右側的奇怪藍色斑點是什麼?沒有人能確定,它可能是一個超級超新星爆炸遺留下來的高速運行的遺跡,而該超新星爆炸異常地不平衡。
在這張絢麗的合成影像中,超新星爆炸N49發出的分散碎片點亮了天空,而這張影像是有錢德拉和哈勃太空望遠鏡拍攝。熾熱的可見燈絲狀物質以黃色顯示,而X射線熾熱氣體以藍色顯示,該區域在我們臨近星系大麥哲倫星雲內大約覆蓋30光年。
最初恒星爆炸發出的光在數千年前就到達了地球,但是N49還標記了另一個高能爆發的位置,一次極高能的伽馬射線爆,在30年前的1979年3月5日,由衛星檢測到。3月5日事件的射線源如今被歸因為一顆強磁星,一顆極強磁場,高速旋轉的中子星也在形成超新星遺跡N49的古代恒星爆炸中誕生。
這顆強磁星位於影像的頂部,將超新星碎片雲以每小時超過7萬公里的速度推進。影像右側的藍色斑點可能是黨大品質恒星爆發時噴射出來的。如果真是這樣,它如今的運行速度超過了每小時700萬公里。
~冷塵埃下在的附近銀河系~影像提供:ESA, Planck HFI Consortium, IRAS
由壯觀的塵埃編織而成的附近銀河系是什麼形狀的?沒有人確切的知道。上面影像中顯示的複雜結構,在最近拍攝的清晰影像中展現出來,這是一張由歐空局的普朗克衛星利用遠紅外拍攝到的天空廣域影像。
上面這張影像是一張三種紅外色彩的數位聚焦:兩種顏色由普朗克以高解析度拍攝到,而另一種顏色是如今已死亡的IRAS衛星拍攝到的一張較老影像。在這些顏色下,天空是由較為昏暗的冷氣體佔據著,僅僅距離我們地球500光年遠。
在上面這張影像裏,紅色代表著溫度僅僅高於絕對溫度10度絕對溫度的氣體,而白色代表了那些溫度達到了40K的氣體。橫穿影像下側的粉帶是局限在我們銀河系盤面上的溫暖氣體。明亮的區域明顯擁有濃密的分子雲,分子雲慢慢地坍塌形成恒星,而較暗的區域大多數就是彌漫的星際氣體和塵埃,也就是卷雲。
為什麼這些區域或大或小地出現複雜的燈絲形狀仍然是一個研究的課題。對於對塵埃帶起源和演變的未來研究能幫助更好地理解我們銀河系近代歷史,以及我們太陽系內的行星系統如何誕生。
塵埃指的是飄浮於宇宙間的岩石顆粒與金屬顆粒。在廣袤而空曠的宇宙之間,除去各種各樣的恒星、大行星、彗星、小行星等等天體之外,並不是一片完全的真空。事實上,宇宙中存在著大量的宇宙塵埃,這些塵埃看似不起眼,卻能對我們的生活產生不容忽視的影響。
塵埃指灰塵等空氣中浮動的顆粒。大氣的主要成份是氮氣,約占78%,其次是氧氣,約占21%,二氧化碳占0.25%,其餘為其他氣體和雜質等。 其他氣體包含人們常說的氦、氖、氬、氙、氪等微量氣體以及水蒸氣。其他雜質指飄浮於空氣中的灰塵、細菌、氣溶劑等。
在通常情況下,空氣是無色透明的,我們用肉眼在不經意中很難看到空氣中的雜質。
如果一縷陽光照射到屋內,此時你可以看到原本透明的空氣,在陽光的照射下,塵埃經光線折射、反射等作用,明顯地飄浮於空氣中,大大小小、密密麻麻。經科學統計,在室內環境下,每立方米的空氣中,大於0.5μ以上的塵埃粒子數大約為4000萬~5000萬個。而依附於塵埃粒子中的細菌更是不計其數。
在空壓機的作用下,如果不考慮與外界的熱交換,依據相關公式的計算,原本常壓狀態下的4.8米3的空氣,經壓縮至0.8Mpa(表壓)時,其體積最終被壓縮成1米3。僅此過程即可得知,經壓縮後的0 .8Mpa壓力的氣體,每立方米將會有19200萬~24000萬個大於0.5μ以上的塵埃粒子。
除此之外,大氣在被壓縮的過程中,又帶入了空壓機的潤滑油和機械性磨屑。根據空氣熱力學原理,經壓縮後的空氣將會有大量的過飽和的水蒸氣重新還原成水滴被排出。
從物質上進行分析,宇宙塵埃其實和組成地球的成分沒有什麼區別。但出於種種原因,這些塵埃並未能夠聚合成一顆星體,而是呈微粒狀懸浮於宇宙空間之中。在適當的引力作用下,這些塵埃很有可能較為密集的聚集在一起,呈雲霧狀,在天文望遠鏡的鏡頭中,往往顯得絢爛多彩,因此人們將之形象地稱之為“星雲”。
宇宙塵埃的來源,一直是一個難解之謎。一種說法認為,宇宙塵埃來源於溫度相對比較低、燃燒過程比較緩慢的普通恒星。這些塵埃通過太陽風被釋放出來,然後散佈到宇宙空間當中去。然而,根據對太陽風所含物質密度的研究,也有一些科學家認為太陽風並不能夠提供足夠密度的宇宙塵埃。
因此,另一種猜測認為,這些微小的塵粒很有可能來自於超新星的爆發。根據英國科學家對銀河系內最年輕的超新星“仙后座-α”所進行的觀測,發現爆發後的殘留物所在的區域記憶體在著大量的冷塵埃,其重量可能為太陽的四倍。這些科學家認為,如果所有的超新星爆發都按照這種規模向外噴發宇宙塵埃的話,則基本可以達到宇宙中所擁有的宇宙塵埃的數量。因此,比之普通的恒星裕太陽風,超新星爆發可能才是宇宙塵埃的來源。
這些看上去很美麗的塵埃對人們的生活有著相當直接的影響。每一小時都會有約一噸重的宇宙塵埃進入地球,而僅一片以每小時10萬公里的速度繞太陽旋轉的塵埃雲每年就會給地球帶來3000萬公斤的塵埃。這個數字不可不謂巨大。此外,美國研究人員還編制了可以模擬120萬年來宇宙塵埃影響地球的電腦程式,用來研究長期內宇宙塵埃對地球的影響。
模擬運算的結果表明,宇宙塵埃對地球的影響每十萬年可達到一次高峰。而且這些塵埃並沒有漸漸消失,而是聚集在地球上,這很可能就是過去自然災害的源頭。古生物學家找到的新證據表明,植物和動物個別種類並非一下子滅絕的,而是逐漸地、慢慢地消亡的,這很有可能就與宇宙塵埃的緩慢作用有關。
天文學家在地球鄰近的銀河系中觀測到了類似紅色矩形星雲的其他物體。這說明在銀河系長達數十億年這段時間裏,,維茲研究小組看到的這個過程相當普遍。維茲說:“這個過程與我們在紅色矩形星雲中觀察到的過程非常相似,可能自銀河系形成後,這個過程可能發生過數億次。”
天文學家最近捕獲了距大麥哲倫星雲400光年的一顆超新星製造的令人眩目的“光線回聲”,這種“回聲”是由塵埃導致的。這也就意味著,地球上的觀察者實際上可能看到了最初應該在400年前發生的爆炸。由於恒星臨死前發出光,科學家可以通過對“光線回聲”的研究瞭解它的過去。
哈佛大學天文學家阿明·萊斯特(Armin Rest)說:“我們有機會觀察超新星的過去和現在。我們能夠看到爆炸後被塵埃反射的光線以及超新星殘骸。整個過程就好像擁有一台時間機器。
斯匹策望遠鏡觀測到的塵埃圓盤。塵埃圓盤所圍繞的恒星已經處於成熟期,這顆恒星擁有的行星至少處於氣態狀,也可能由岩石構成。
人類究竟起源於哪?天文學家認為,整個地球都是由環繞早期太陽的塵埃造的,太陽系中的固態物質概莫如此。但是塵埃本身又從哪來呢?這一直是個未解之謎。最近,英國曼徹斯特大學的研究人員認為,他們已解開了這個塵埃來源的謎團,答案就是黑洞。此項發現將發表在新一期的《天體物理學雜誌通訊》上。
現代太空塵埃由100億年前形成的恒星噴發而來,但這些恒星在45億年前太陽系形成時都還太年輕,因此不可能產生如此多的塵埃。宇宙間的早期塵埃肯定還來自其他什麼地方。研究人員假想類星體就是早期塵埃的可能來源,並通過“斯皮策”太空望遠鏡,對一顆距離地球80億光年的被稱為PG2112+059的類星體進行了更為細緻的觀察。
研究人員通過對少量塵埃放射的紅外線進行光譜分析發現,PG2112+059類星體周圍的塵埃含有大量形成岩石的礦物,包括矽晶石(基本上是小沙粒)和被稱作剛玉的鋁氧化物(人們熟知的紅寶石和藍寶石的主要成分)以及被稱作方鎂石的鎂氧化物(存在於大理石中)。
研究人員稱,這些物質可能是構成恒星、行星和生命不可缺少的宇宙塵埃的重要來源。這些礦物質肯定是類星體產生的,因為在外太空的惡劣條件下,它們的晶狀結構很難長時間存在,宇宙射線會將它們毀滅成不定形的玻璃狀形態,這表明它們是剛形成的。而且,此前在太空塵埃中從未偵測到剛玉和方鎂石。塵埃與類星體的這種關聯,為類星體創造塵埃的觀點提供了強有力的證據。
類星體是被模糊的環狀星雲和大量放射線環繞的特大品質的黑洞。它們是已知的最為活躍的、正在形成中的星系。它們緊隨宇宙伊始而形成,並因類星體是巨大的無線電波發射源而進入天文學家的視野。物質被吸入黑洞,在下落過程中釋放能量,產生無線電波(還有大量其他射線)。但並不是所有的這種物質都被吞噬進去了,部分物質經過烘烤、轉化又被回吐出來。宇宙中的這場拔河比賽從未停止,從而導致恒星的高速形成和新元素的誕生。
研究人員計劃在其他類星體周圍尋找塵埃的蹤影,以進一步證明他們的發現。他們表示,也有可能類星體並不是早期宇宙中唯一的塵埃來源,人類可能就是一抷土,不過這抷土卻最終發展出了一段激蕩人心的歷史。
哈勃觀測到的塵埃圓盤。這是哈勃拍攝到的最清晰一張塵埃圓盤的照片,它所圍繞的恒星大小與太陽相近。
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