哈勃的功績之銀河科學(xué)

梁曉鵬

星系是太空行為發(fā)生的場所，是虛空大海中活動的島嶼。哈勃空間望遠鏡已經(jīng)幫助我們辨認出宇宙最強大的爆炸的來源，了解了星系如何產(chǎn)生，觀察到恒星生命的最后階段。

氣塵絲環(huán)繞中子星的現(xiàn)象屬于超新星爆發(fā)的遺留。伽馬射線暴

20世紀60年代，美國空軍發(fā)射了一系列衛(wèi)星，用以監(jiān)控伽馬射線。當(dāng)時《部分禁止核試驗條約》剛剛簽署，美國想監(jiān)控傳說中的核試驗釋放的輻射。

衛(wèi)星很快就監(jiān)測到了伽馬射線，但經(jīng)過研究，美國空軍迅速排除了輻射源為核彈的猜測。事實上，這些爆炸與地球根本沒有任何關(guān)系。通過進一步研究，科學(xué)家逐漸意識到，他們每天都能觀測到突然增強又突然減弱的伽馬射線，其源頭是宇宙空間。他們似乎目擊了宇宙中最猛烈的爆炸，但沒有探測到爆炸源。

哈勃空間望遠鏡追蹤了這個秘密，得出的結(jié)論是：這些爆炸來自超新星爆發(fā)，巨星的爆發(fā)能形成一個黑洞或中子星?？墒?，并非所有的超新星都能產(chǎn)生伽馬射線暴。那么，產(chǎn)生伽馬射線暴的真正原因是什么呢？

科學(xué)家現(xiàn)在知道，至少有兩種不同的伽馬射線暴。哈勃的觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分伽馬射線暴來自最明亮的產(chǎn)星區(qū)域，這些區(qū)域擁有金屬含量較低的恒星。看來，金屬含量高的恒星和金屬含量低的恒星形生超新星的過程可能不同。有一種觀點是，金屬含量低的恒星死亡時傾向于保留更多的質(zhì)量。如果真是這樣，伽馬射線暴很可能是黑洞誕生的信號。

跟蹤星系的歷史

星系間相互吸引，常會引起碰撞和合并。這樣的相互作用在早期宇宙中發(fā)生得更為頻繁。天文學(xué)家相信，這樣的星系撞擊是星系生成和變化的重要途徑。

銀河系及其鄰居仙女星系都是靠吸收較小的鄰近星系形成的。我們可以通過研究一個星系中恒星的年齡、布局、構(gòu)成以及公轉(zhuǎn)速度來驗證這個假說。

哈勃觀察到了仙女座主星系圓環(huán)以外恒星區(qū)的光環(huán)。仙女座是距離銀河系最近的星系，雖然在地面上也可以觀察到，但只有哈勃空間望遠鏡才有足夠強大的分辨率，可以看見它里面的一個個恒星。

天文學(xué)家原本認為，仙女星系光環(huán)里的恒星已經(jīng)很老，因為他們認為光環(huán)是星系形成初期的產(chǎn)物。但哈勃的觀測發(fā)現(xiàn)，處于這個星系外部區(qū)域的恒星的年齡范圍很寬，從60億年至130億年不等。較年輕的恒星可能是通過碰撞進入仙女星系的，仙女星系吞沒了這些小星系，將其恒星據(jù)為己有。哈勃空間望遠鏡的觀測結(jié)果，給星系的互動和合并是所有標(biāo)準(zhǔn)大星系演化歷史的一部分這一觀點提供了強有力的支持。

海山二的最終命運可能是因自身巨大的引力而坍縮成黑洞。坍縮時能量將自其自轉(zhuǎn)軸兩極以噴流方式噴出，形成伽馬射線暴。

垂死的恒星

像太陽這樣的中等大小的恒星在生命終結(jié)時，會將其外層氣體噴射到空中，留下恒星的熱核——一顆白矮星，用時大約是1萬年。這顆白矮星的射線會使氣體發(fā)光，形成獨特而且漂亮的形狀，被稱為行星狀星云。這個名稱來自天文學(xué)早期，當(dāng)時人們以為他們通過望遠鏡看到的模糊形狀可能與行星有關(guān)。

現(xiàn)在，哈勃空間望遠鏡觀測到許多這樣的星云，發(fā)現(xiàn)了大量復(fù)雜而奇特的形狀，有些像隧道，有些像套環(huán)。貓眼星云由11個氣泡組成，從我們的視角看上去，每個氣泡都是一個圓環(huán)。通過哈勃空間望遠鏡，天文學(xué)家觀測到恒星前期噴出的物質(zhì)與新近噴出的物質(zhì)之間正在發(fā)生互動，這說明行星狀星云不是恒星垂死時一氣呵成的，而是由多次爆炸形成的。

盡管在相對短暫的時間內(nèi)產(chǎn)生如此復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動力迄今仍然很神秘，但哈勃的每一張圖像都有助于我們更進一步理解類似太陽的恒星怎樣度過自己臨終的年代。

比太陽大8倍至25倍的恒星會以另一種方式結(jié)束自己的生命——巨大的爆炸，被稱為超新星爆發(fā)，之后會遺留一個中子星或一個黑洞。當(dāng)這些巨大恒星的燃料耗盡時，它們的核就會坍縮并爆炸，把自己的外層急速噴向太空。

天文學(xué)家第一次看到超新星爆發(fā)是在17世紀，當(dāng)時的歐洲還處在向北美殖民的進程之中。到了1987年，大麥哲倫星云的超新星爆發(fā)的光已經(jīng)到達地球。3年之后，哈勃空間望遠鏡發(fā)射升空，開始就近監(jiān)測這次爆發(fā)。哈勃空間望遠鏡反復(fù)觀察了超新星1987A，看到了已爆發(fā)恒星周圍閃亮的氣環(huán)和氣結(jié)。

現(xiàn)在，哈勃空間望遠鏡正在監(jiān)測一個處于形成過程中的超新星——船底座海山二星。這是一個超巨星，質(zhì)量是太陽的100多倍。1843年，它成為我們夜空中的第二亮星。哈勃圖像顯示，這顆不穩(wěn)定的恒星噴射出兩只“耳垂”，這是它最終爆發(fā)的前奏。由于船底座海山二星的質(zhì)量太大，科學(xué)家認為它最后可能成為一個超巨新星。endprint