《梅西耶星表》咋來的?M1蟹狀星雲是我們最熟悉的超新星

2021-01-15 李論科學

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這種迷糊天體的形狀、亮度與彗星非常相似,所以我努力尋找其他類似的星雲,這樣天文學家就不會把這些星雲和剛剛開始發光的彗星弄混了。——查爾斯·梅西耶

梅西耶上面說的就是我們熟悉的星雲,在梅西耶的年代,人們心中的宇宙範圍並不廣,就局限於銀河系內,天文學家比較關心的是恆星、行星、彗星。根本沒有外星系的概念,梅西耶也是一樣的,它要尋找的是彗星,但卻意外的編寫了一個《星雲星團表》,梅西耶天體就是我們常說的M多少號。下面我們就說下《梅西耶星表》咋來的,並介紹M1號蟹狀星雲。

《梅西耶星表》是咋來的

讓我們回到18世紀的天文時代,當時人們發現的太陽系行星範圍只有土星和水星之間的這幾顆行星,也就是肉眼可見的太陽系天體。最著名、最熟知的就是我們的月球、裸眼行星及其衛星、恆星和太陽。我們的夜空看起來很穩定很少有變化,但是唯一經常出現的新天體就是那些雙尾奇觀:彗星!

在當時,天空中天體的其他變化人們也知道,就像新星和超新星也被天文學家觀察到了,但這些現象很罕見,就當是的觀測條件,研究一輩子都可能沒有啥成果。但彗星就不一樣了,它經常出現,所以當時對彗星的研究是大多數天文學家的首要目標。1758年的查爾斯·梅西耶(Charles Messier)也再尋找彗星,他急切地期待著哈雷彗星(Halley’s Comet)的回歸,因為哈雷本人也曾預言哈雷彗星將在1758年回歸。

在同年的9月12日梅西耶通過望遠鏡看到了類似下圖中明亮的天體,梅西耶當時心情很激動。認為自己看到了彗星。

這顆明亮的恆星本身並不特別,但是它上面和左邊的星雲看起來確實像一顆彗星變亮的早期階段,梅西耶看到了正在返回的哈雷彗星?事實證明這不是彗星,因為在隨後的幾個晚上,梅西耶發現它既沒有變亮,位置和外觀也沒有任何改變。

梅西耶很快意識到,他看到的不是一顆彗星,而是夜空中一個持久、微弱和延伸的星雲,人們當時對星雲還沒有概念,所以這個星雲的樣子很容易會被人誤解為一顆彗星。

我們熟悉的《梅西耶星表》(Messier Catalog)就是從這個星雲開始的,星表最終列出了110個「天體」。梅西耶本是個彗星搜尋者,它列出這些類似彗星的天體的目的就是為了讓往後的天文學家把這些天體和彗星區分開來。

梅西耶星表中的每個對象,不包含任何一顆彗星,它們都有自己獨特的故事。從今天開始的每個周末,我將重點介紹一個梅西耶星表中的天體。

首先,要出場的就是梅西耶1號(M1)也被稱為蟹狀星雲。在NGC天體表上稱為NGC1962。

M1的位置在哪

傍晚日落後不久,獵戶座就會從天空升起,這個星座我們很容易就可以找到。在獵戶座最高的兩顆星參宿四和參宿五與非常明亮的金牛座β星(五車五)之間,就會發現一顆中等亮度的恆星——金牛座ζ星(天關),只要夜晚晴朗少雲,這是一顆在大多數城市都能看到的三等星。

在黑暗的夜空下,如果你用一個比較好的雙筒望遠鏡瞄準金牛座ζ ,你就會看到下圖的情景。

在金牛座ζ星的附近,有一個著名的大星雲。從深橙色到亮藍色,一個明顯膨脹、微弱和模糊的天體。這就是蟹狀星雲或稱梅西耶1。

梅西耶1號:蟹狀星雲(超新星殘骸)

蟹狀星雲(M1,或NGC 1952)位於金牛座ζ星東北面,距地球約6500光年。源於一次超新星(天關客星SN 1054)爆炸。

上圖就是我們星系中的一顆死亡的恆星,對宇宙來說它剛去世不久:確切地說,死亡時間是1054年!這對恆星來說沒多少時間,從恆星死亡以後,超新星殘骸一直在向周圍的空間膨脹,形成了我們今天看到的M1:蟹狀星雲。

下面是1973年和2000年前後兩張照片的對比,我們可以清晰地看到超新星爆發後的殘骸隨著時間的推移在不斷變化。

這顆恆星死亡後外層持續的膨脹和冷卻,其核心已經坍縮成一顆直徑10公裡,發射X射線,每秒旋轉和脈動約30次的中子星。我們是怎樣知道星雲中性的情況?下圖是錢德拉X射線天文臺拍到的圖像。可以清楚地看到星雲中性的坍縮核心。

到目前為止,對M1超新星殘骸最好的觀察圖像來自哈勃太空望遠鏡,哈勃真實地捕捉到了這顆死亡恆星的外層與星際介質相互作用時膨脹的細絲結構。下圖可能是你見過很多次的超新星照片,它其實就是M1。

雖然這幅圖像經過了色彩增強處理,而且是許多圖像拼接在一起,但絲狀結構是真實存在的,下圖為詳細的絲狀結構特寫。

超新星的殘餘可能會觸發新恆星的形成,因為殘骸會繼續膨脹並與分子雲相互作用,而內部的中子星會隨著時間的推移繼續發生變化,因為中子星所處的環境遠未達到平衡。

這就是梅西耶1號蟹狀星雲,一個超新星爆發的殘骸,正在隨著時間的推移不斷地演化,在2054年7月將是M1的1000周年紀念日。

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