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主题:【原创】我们的宇宙 -- 边寒剑

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家园 【原创】三、银行王国的首府——银心

银河系是极其庞大的,地球离它的中心和边缘都十分的遥远。从产生银河系大部分光的银盘(银河系中主要发光恒星大致分布的一个平面)上的一边到另一边,距离长达130000光年。一个在最后冰河时代极盛期出发、以光速飞跃银盘的光子,到今天也只走完了这个距离的七分之一。太阳和地球就在这个银盘内,离王国的首府27000光年。如果把银河系比喻成一个大都会,太阳和地球就在它的近郊。

然而我们在夜天空看到的只是银河系壮丽景色的一部分,银河系中最明亮的恒星是夏天天鹅座(圣斗士里面翻译叫白鸟座,冰河的守护星座,翻译的不是一般的烂)的著名亮星、距离太阳1500光年的天津四。设想在银河中用一个大球把比天津四更近的所有恒星包起来,那么你将拥有5000万颗恒星。他们象从天空宝库中收集来的五彩缤纷的珠宝,闪耀着红、橙、黄、蓝、白各种绚丽光芒。这个庞大的球包容了夜间看到的几乎全部恒星:心宿二、参宿四、天狼、半人马α、北极星、织女、大角、牛郎、轩辕十四等等。

但是,这个描绘了几乎整个夜间景色的大球不过是一幅巨大壁画上的轻轻一笔,因为它的体积还不到银盘体积的1‰。要全面认识银河系,必须远离太阳附近区域,去探索银河王国的其他地方。特别重要的是银河核球,即密集在银心周围的年老恒星群,以及银心本身,那里很可能隐藏着一个超级巨大的黑洞。核球和银心共同构成了银河王国的首府。

星际尘埃,又是星际尘埃,它也许能给银河系带来构成生命的物质,但是却也是妨碍天文学家探查银心附近区域的污秽之物。每年七月,我们就能在夜空中看见银河系的中心部分。当我们在夜晚凝望南天上空的人马座的时候,我们会看到天河在这里分成了两股。其实银河根本就没有分开,而就是星际尘埃遮住了远处的光芒,从而看起来好像河流分叉一样。事实上,银河的光带在人马座最宽最亮,人马座的八颗特征恒星在天幕上排列成茶壶形状;在西边向他们致意的是相邻天蝎座中明亮的超巨型心宿二,他们和牛郎织女天津四,一起构成了夏天星空最为壮美的图画。

当我们开始对这里进行细致探索的时候,我们会发现两个突出的变化:1、恒星密度大大增加,每10000光年增加一倍;2、金属性(metal,天文学上指的是除了氢和氦以外的原子,包括氧、氮等,并非仅包括铁铝镍)也大幅增加。

银心的准确距离到现在天文学家们也无法测定,现在几个方法中最精确的是依靠核球中的天琴座RR星(一种变化光度与距离有定量联系的恒星,其变化特点类似造父变星,都是测量距地距离——这个天文学上最难测量的量的最有用武器)。30年前天文学家测的银心距离是27000光年,10年前天文学家又说是28000光年,现在不少天文学家又倾向于26000光年,唉!他们相当的无奈,我也无奈,取个中值,27000光年吧!如果取这个值,如果没有星际物质的遮挡,那么位于银心的一颗太阳型恒星的视星等将是+19。这样暗的星必须用大型望远镜才能看见。但是有了我们的气体尘埃后,银心处的太阳型恒星的亮度要减弱万亿倍,将只有+49,哈勃也看不见。甚至于天津四,银河系的最亮天体,扔它那儿,视星等将为+37,哈勃还是看不见(比起前天北京的沙尘暴来那是相当的厉害得多,石家庄还好一点,呵呵)。

银河系中心周围是银河核球,由100亿颗年老恒星组成,并从银心朝所有方向延伸大约3500光年。虽然看起来他们的空间很大,但是相对于地球上的天文学家来说,这个课题却是很少很少人去研究的。那里的尘埃极度得多是一方面,另外,它的位置在南半天空,而大多数天文学家在北半球,此外,那里的恒星密度太高了,许多恒星从望远镜里面看也像是粘在一起。这样的困难,使大部分天文学家转向了别的方面。

也有不怕死的,发现了星族概念的瓦尔特 巴德就是。他探查到星际气体和尘埃在人马座茶壶嘴附近出现了一个缺口,这个现在被称为巴德窗的天区在银心南边4°。从这里现在的天文学家们发现银河核球可能是银河系最早定型的部分,它是以其引力吸引更多气体以形成银河系其余部分的核心。对于它的研究,就像是给银河系考古,也许能让我们知道更多银河系的过去。

然而对于大多数天文学家来说,真正感兴趣的不是银河核球,而是恒星绕之运动的大都会的心脏。与大都会的闹市区相似,银心是大量各类不同天体的拥挤的集合。仅仅是在银心周围1光年的范围内就有几百万颗各种颜色的恒星(对比一下,离太阳最近的恒星要4.2光年),他们被一个可能是大质量黑洞的天体紧紧束缚在那里。

然而由于严重的星际尘埃,现在天文学家中掌握的有关银河系核心圣地的几乎所有知识,都来自于射电辐射,另外包括一些红外观测。哈勃望远镜那样的光学望远镜是无法探查那里的,如果1万亿个黄光的光子从银心出发向我们地球飞来,只有一个能被观测到。

上世纪90年代以来,射电和红外天文学家已经绘出了银心区的详细图像,达到了只见树木不见森林的细致程度。但是,在银心周围1光年的区域内,有三棵鹤立鸡群的高大树木:一棵是命名为人马座A的射电源,它就是银河系的真正中心,很可能是一个大质量黑洞;一棵是命名为IRS 16的位于人马座A附近的由蓝色恒星组成的星团,它将大量物质抛入黑洞;一颗是命名为IRS 7的红超巨星,它在IRS 16 抛射物的轰击下,长出了一根彗星状的尾巴。

在这三个天体里面,吴仪,人马座A最为激动人心。相对于银河系中其他恒星围绕银河系公转的作用,只有它是静止的。人马座A在射电波段发射的能量是太阳在光学波段发射能量的五倍,这是人马座A成为银心区最强的射电源。

人马座A大概是一个黑洞,现在基本可以肯定它就是一个黑洞。他的射电波是围绕它运动的热气体盘在陷进黑洞之前发出的。这个吸积盘很很热,一方面是因为它将引力能转变为热能,另外也由于盘中的物质同其他绕黑洞的物质摩擦造成的。大概很久以前,这个黑洞只有几个太阳质量,而现在恐怕已经达到100万-200万个太阳质量了。

但是如何观察到黑洞一直都是一个世界性难题。以前天文学家提出用引力透镜的方法,不过好像几年前说已经观察到了,我也没有仔细的看新闻,也许吧!现在来说银河系中心是个黑洞基本上已经成为天文学界的共识!

但是它的“食物”从哪里来呢?

离人马座A大约0.1光年的地方是银河系核心区的第二主角,即叫作IRS 16的明亮天体。现在来看它其实是一个至少包含25个成员的星团。虽然他因为星际尘埃的消光而呈红色,实际上大多数IRS 16的恒星是蓝色的,这说明他们是类似参宿七的蓝超巨星。蓝超巨星以发射粒子流即恒星风(类似于引起极光的太阳风的物质)的形式损失能量,而IRS 16的恒星吹出的星风每天带走好几个地球质量。IRS 16的星风添加到人马座A的吸积盘中,以补偿被黑洞吞噬的物质。

这种物质的吸积使银河系与仙女座大星系有了区别。后者的中心可能隐藏着一个质量是人马座A十倍的黑洞。但尽管质量很大,仙女座星系中心黑洞的射电活力却不到人马座A的十分之一。这是仙女看起来很纯洁,因为它可能有几个世纪没有吃到东西了(不爱吱声,你就把自己变成食物去喂喂仙女吧,她多可怜呀)。

不过,IRS 16发出星风的最佳证据来自银河系银心最亮的IRS 7。这是银心区的最突出的恒星之一,是与心宿二类似的红超巨星,离银心不到1光年。因此,IRS 7被紧紧束缚在人马座A的引力场内,并受到IRS 16星风的猛烈冲击。

同所有红超巨星一样,IRS 7也以星风形式损失质量,但IRS 7自身的星风很弱,速度仅仅为25公里/每秒;与它相比,IRS 16的星风速度高达700公里/每秒。这一强大星风猛烈冲击IRS 7的星风,将后者推开,产生了从IRS 7 伸向与IRS 16相反方向的长尾。

人马座A,IRS 16和IRS 7一起,形成了在银心区中回响的三和弦。人马座A可能是一个黑洞,它是IRS 16和IRS 7绕之转动的引力轴心。IRS 16吹出强大星风给人马座A的吸积盘提供物质,并送给IRS7一个彗星式的尾巴。

热闹的银心区之外就是银河系的其余部分:银河核球、三千秒差距臂、人马臂、猎户臂、以及比不幸的IRS 7离银心远27000光年的太阳和地球。再往外就是英仙臂。这些旋臂使银河系成为宇宙中最为美丽的漩涡星系。

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