獵戶座大星雲裡的小世界

2021-02-15 天文茶餐廳

歐南臺位於智利的甚大望遠鏡(VLT,位於atacama沙漠)通過其裝備的高敏度廣角k波段相機HAWK-i 凝視著過去未曾探及到的獵戶座大星雲心臟地帶,揭開了獵戶座大星雲最深處的神秘面紗。這張紅外照片為我們呈現了星雲中心數量眾多的小質量天體,它們可能是褐矮星及眾多獨立的行星質量級別的天體,數量上超過十倍於過去所認知的。這一發現向過去被大家廣泛接受的獵戶座大星雲中恆星所形成的歷史劇本提出了挑戰。


歐南臺VLT拍攝的獵戶座大星雲紅外圖像(來源:ESO/H. Drass et al.)

一個國際研究小組已經利用HAWK-I 望遠鏡的強大觀測能力從獵戶座大星雲上獲取了最深入和全面的觀測數據。這樣的深入研究所生成的不僅僅是我們現在眼前看到的這張壯美的星雲照片,更為重要的是它揭示出了為數眾多的質量相對較小的天體,正是這些小質量天體的存在提供給了我們一個令人振奮的新視角來洞察星雲中恆星形成歷史。


獵戶座大星雲在天空中的位置(紅色圈圈處),在晴朗的夜空中我們通過肉眼就能看見它。(來源:ESO, IAU and Sky & Telescope )

著名的獵戶座大星雲距離地球近1400光年,星雲的跨度約24光年。從地球的視角看過去,這個明亮的星雲位於獵戶座的區域內,獵戶腰帶下方所佩戴匕首所在的位置。在天氣晴好的冬夜,我們通過肉眼就能清晰的看見它。一些星雲,類似獵戶座中這樣的,伴隨著星雲內部許多熱恆星的誕生,會發出強烈的紫外輻射,將星雲內的氣體電離並釋放出耀眼的光芒,從而點亮整個星雲。相對較近的距離讓獵戶座星雲成為我們非常理想的實驗室,研究它能夠讓我們更好地了解恆星形成的過程和歷史,並確定存在著多少不同質量形式的恆星。


獵戶座大星雲恆星形成區特寫(來源:ESO/H. Drass et al.)

這幅新的觀測照片讓人非常興奮。因為之前的研究發現,佔據星雲中最大數量的是擁有約四分之一太陽質量的恆星。這次所發現的大量新天體的質量在獵戶座星雲總質量中所佔比例非常低,也遠低於先前所知的這個群體,但是現在發現的新群體的總數量卻佔據著第二的位置。天文學家們正是通過在一些類似獵戶座大星雲這樣的區域中統計總共有多少不同質量等級的天體,來了解恆星形成的過程。

HAWK-I 紅外望遠鏡安裝在組合成甚大望遠鏡的四臺中的一臺名為YEPUN(歐南臺所在地智利當地的馬普切語,意為:金星)的望遠鏡上。於2007年7月31日投入使用。HAWK-I 的單次曝光的視場能夠覆蓋大約十分之一的滿月面積。這臺設備特別適宜於來發現和研究一些昏暗的天體,例如遙遠的星系或一些小型的恆星及行星。(來源:ESO/H.H.Heyer)

觀測結果讓科學家們感到似乎是開闢出了一個全新的有關行星及恆星形成的研究領域。有大量自由漂浮著的行星出現在他們所有限的觀測區域內,這表明行星尺寸級別天體的存在數量可能大大超過先前的預估!儘管目前還不具備能夠輕易觀測到這些天體的能力,但歐南臺計劃於2024年投入使用的歐洲超大望遠鏡( E-ELT)在設計中已經把這些天體列為了觀測目標。


法國天文學家梅西耶於1771年手繪的獵戶座大星雲(來源:網絡)


美國業餘天文學家亨利·德雷柏(Henry Drape)用相機拍攝的人類首張獵戶座大星雲照片(來源:網絡)


1883年人類歷史上第一次通過望遠鏡跟蹤及長時間曝光拍攝的獵戶座大星雲照片,底片上呈現出很多肉眼所不可見的黯淡的新恆星及星雲的結構。(來源:網絡)

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