在我們太陽系內,除了太陽自身可以發光外,其它天體都是來自太陽光的反射而發光的。天體自身發光源自於其內部的核聚變,從內部釋放出光子,因而我們可以看見它發光,這樣的天體我們統稱為恆星。宇宙中有非常多的恆星,這些天體都會發光。
在地球上,我們晚上所見的滿天繁星,大多數是可以自身發光的恆星。在我們肉眼範圍內(暗於6.5等),大約有3000多顆,加上腳下看不見的,總共差不多6000多顆。而且這些恆星大多數位於銀河系以內,因為遙遠,所以一些河外星系需要藉助望遠鏡觀賞。當你藉助望遠鏡觀賞的時候,你會發現在一個小小的區域就可以看見很多的恆星。
月亮、小行星、彗星、人造衛星等等這些都是由於太陽光反射引起的發光,而非自身發光。自身發光屬於恆星的範疇,比如我們的太陽,由於大質量所產生的引力,導致其核心啟動了核聚變。核聚變的能量是由一系列被稱為質子-質子鏈反應的過程產生的,在質子﹣質子鏈反應中會產生光子。然後艱難的抵達太陽表面,以可見光波段的形式令我們肉眼可見。
假色影像的太陽,它是最接近地球的G型主序星。圖:NASA/SDO (AIA)
宇宙中有多少顆恆星?
恆星在宇宙中的分布是不均勻的,但通常會與星際氣體和塵埃一起運動,這被稱為星系。一個典型的星系,其數目就包含數千億顆恆星,然而在可觀測的宇宙中有超過1000億(10的11次方)個星系,因此宇宙中的恆星數量是驚人的。2010年,對可觀測宇宙中恆星數量的一個估計是3×10的23次方個。人們常常認為恆星只存在於星系中,但現在我們已經發現星系之間的空隙區域也存在大量的恆星。
這張圖中的藍色恆星是所謂的藍掉隊星,它們是出現在赫羅圖上的左上角。圖:Francesco Ferraro (Bologna Observatory), ESA, NASA
當你在夜空中看見一顆亮星時,它或許是2顆甚至3顆以上的,因為亮度或視角的關係,我們只能看見一個亮點。一個多合星系統是由兩個或多個恆星由於引力作用而相互環繞的。最簡單和最常見的多合星系統是一個雙星系統,但也發現了三顆或更多顆恆星的系統。由於軌道穩定性,這種多合星系統通常被組織成雙星的分層集合。更大的恆星群被稱為星團。這些星團包括只與少數恆星的鬆散恆星組合的星團,以及擁有數十萬顆恆星的巨大球狀星團。這樣的系統會圍繞它們的主星系公轉。我們在晚上看見一個酷似問號形狀的,就是一個星團,名為昴星團,它是由7顆明亮的恆星組成的。
肉眼可以看見的獅子座(已添加星座連線)。圖:Till Credner
宇宙有哪些星球看不見?
黑矮星
黑矮星理論上是一種恆星殘骸,是白矮星已經充分冷卻到不再發出任何顯著的熱或光的一種狀態。因為理論計算得出白矮星達到這個狀態所需的時間比宇宙當前的年齡(138億年)還要長,所以我們預計當前的宇宙中不存在黑矮星這種恆星,但是白矮星的最低溫度將是我們可以觀測到它的一種極限值。
「黑矮星」這個名字也用來指那些質量不足以維持氫核聚變的天體。這類天體的質量一般為小於大約0.08倍的太陽質量。這些天體現在通常被稱為棕矮星,這個術語來源於20世紀70年代。黑矮星不應與黑洞,黑星或中子星混淆。
黑洞
黑洞是大質量恆星最終演化的結果,其嚴格來講是一個時空區域,表現出的引力效應極為強大,以至於任何粒子和電磁輻射都不能從中逃逸出去,當然也不能從其內部逃逸,就連宇宙中最快速度的光也不能倖免。 廣義相對論理論認為,足夠緻密的質量可以使時空扭曲,從而形成黑洞。無法逃脫的區域邊界被稱為事件視界。雖然事件視界對穿過它的物體之命運和環境有巨大的影響,但是實際上其局部似乎觀測不到理論上所能檢測到的任何特徵。在許多方面,黑洞的作用就像一個理想的黑體,因為它不會反射光。此外,彎曲時空中的量子場理論預測事件視界會發射出一種被稱為霍金的輻射,具有與黑體的光譜相同的光譜,其溫度與其質量成反比。對於恆星質量的黑洞來說,這個溫度大約為十億分之一開爾文,這導致它基本上不可能被觀察得到。
質量達太陽10倍的黑洞之計算機模擬圖。圖:Ute Kraus
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