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第5章 奇幻的宇宙时空(4)

加利福尼亚大学研究小组开始观测的时间比德国的研究小组晚。他们用口径10米的望远镜,通过两年的猛追细察,准确地掌握了银河系中心附近近百个星体的运动速度。以这些速度计算出的中心质量与德国研究小组的基本相同,大约也是太阳质量的250万倍。

德国和美国的科研小组在不同的地方、利用不同的器械分别进行观测得到了相同的结论,这可以证明黑洞确实存在。

在广袤无根、浩瀚辽阔的宇宙海洋中,肉眼所见的天体,绝大多数是银河系的成员,那么,银河系就是通常所说的宇宙吗?远远不是!在宇宙中存在着数以亿计的星系,我们的银河系只是一个普通的星系,银河系以外的星系称为河外星系,简称星系。因此,银河系并不是宇宙,它只是宇宙海洋中的一个小岛,是无限宇宙中的很小的一部分。

据天文学家估计,在银河系以外约有上千亿个河外星系,每个星系都由数万乃至数千万颗恒星组成。河外星系有的是两个结成一对,多的则几百以至几千个星系聚成一团。现在观测到的星系团已有一万多个,最远的星系团距离银河系约70亿光年。

河外星系的外形和结构多种多样。1926年,哈勃按星系的形态,把星系分为椭圆星系、漩涡星系和不规则星系三大类。后来又细分为椭圆、透镜、漩涡、棒旋和不规则星系五个类型。各类星系中,距离银河系较近的星系有麦哲伦云星系和仙女座星系。

麦哲伦云星系,包括大麦哲伦云和小麦哲伦云两个星系,它们是银河系的两个伴星,也是离银河系最近的星系,距离银河系为16万和19万光年。它们在北纬20°以南的地区升出地平面,是南大银河附近两个肉眼清晰可见的云雾状天体。大麦哲伦云星系在剑鱼座和山案座张角约6°,相当于12个月球视直径,小麦哲伦云星系在杜鹃座,张角约2°,相当于4个月球视直径。两个星系在天球上相距约20.5万光年。

麦哲伦云星系是由阿拉伯人和葡萄牙人首先发现的。1521年,葡萄牙着名航海家麦哲伦在环球航行时,第一次对它们作了精确描述,后来就以他的名字命名。1912年,美国天文学家勒维特发现小麦哲伦云的造父变星的周光关系赫茨普龙和沙普利随即测定了小麦哲伦云的距离,它成为最早确定的河外星系。两星云之间虽存在着微弱的联系,但它们自存一个系统。大麦哲伦云星系从前离我们可能更近一些,大约在5亿年前,它也许恰好挨着我们的银河系,距离银心只有6.5万光年。

大麦哲伦云星系属棒旋星系或不规则星系,质量为银河星系的1/20。小麦哲伦云星系属不规则星系或不规则棒旋星系,质量只及银河系的1/100。麦哲伦云星系中的气体含量丰富,中性氢质量分别占它们总质量的9%和32%,都比银河系大得多。此外,还观测到新星、超新星遗迹,X射线双星等天体。射电资料表明,大小麦哲伦云星系有一个共同的氢云包层;两云之间的中性氢纤维状结构,一直伸展到南银极天区,横跨半个天球,称为麦哲伦气流。它们和银河系有物理联系,三者构成一个三重星系。

由于麦哲伦云星系距离我们太遥远,对它们的范围现在还没有一个精确的数字。估计大麦哲伦云星系的直径可能达到4万光年,接近银河系的一半。麦哲伦云星系的恒星分布密度比银河系低得多。大麦哲伦云星系的恒星总数可能不超过50~100亿个;小麦哲伦云星系则只10一20亿个。两星系的恒星数量加在一起,只及银河系的1/10。因此,有人把它们说成是银河系的两个卫星。

仙女座星系,又称仙女座大星云。它用肉眼可以看见,亮度为4度,看上去像是一颗暗弱、模糊的星系。

仙女座星系是位于仙女星座的巨型漩涡星系,天球坐标是赤经0b40m0赤纬+41°00。视星等Mv为3.5等,肉眼看去状如暗弱的椭圆小光斑。在照片上呈现为倾角77°的sb型星系,大小是160x40,从亮核伸展出两条细而紧的旋臂,范围可达245x75。1786年确认为银河系之外的恒星系统。现在测定它的距离为220万光年(670千秒差距)。直径是16万光年(50秒差距),为银河系的一倍,是本星系群中最大的一个。近年来发现,仙女座星系成员的重元素含量从外围向中心逐渐增加。1914年探知它有自转运动。据目前估计,仙女星系的质量不小于3.1xlO11个太阳质量,是本星系群中质量最大的一个。

仙女星系中心有一个类星核心,绝对星等队Mv=一11真径只有25光年(8秒差距),质量相当于107个太阳,即一立方秒差距内聚集1500个恒星。类星核心的红外辐射很强,约等于银河系整个核心区的辐射。但那里的射电却只有银河射电的1/20。仙女星系有两个矮伴星系——NGC221(M2)和N一GC205按形态分类分别为仏和。P在本星系群中,仙女星系还和其他星系构成所谓仙女星系次群。

漩涡星系又叫漩涡星云,是漩涡形状的河外星系。漩涡星系的中心区为透镜状,周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核心球两端延伸出若干条螺线状旋臂,迭回在星系盘上。漩涡星系可以分正常漩涡星系和棒旋星系两种。按哈勃分类,正常漩涡星系又分为a、b、c三种;a型中心区大,稀疏地分布着紧卷旋臂;b型中心区较小,旋臂较大并较伸展;c型中心区为小亮核,旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度0、B型星和超巨星、电离氢区外,同时还有大量的尘埃和气体分布在星盘上,从侧面看去,在主平面上呈现为一条窄的尘埃带,有明显的消光现象。漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕,叫作星系晕。其中主要的星族n天体,其典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100~300个球星团,不均匀地散布在星系盘周围空间。再往外,可能还有更稀疏的气体球,称为星系冕。漩涡星系向质量(M)为109~10个太阳质量,对应的光度是绝对星等15~20等。

河外星系除上述几种星系外,还发现有大量各种类型的星系。天文学家估计,在最先进的仪器所观测到的这一部分宇宙里,星系的总数可能高达一千亿个之多。不久以前,美国天文学家宣布发现了迄今为止最大的发光结构——道由星系组成的长至少有5亿光年、宽约2亿光年、厚约1500光年、距地球2~3亿光年的“宇宙长城”。这座巨大的“宇宙长城”实际是一个巨大的河外星系。

随着太空时代的到来,人们对太空星系越来越感兴趣。如今世界各地巳有数百种天文杂志和数千个大大小小的天文学会社团,仅西欧就有数十万业余天文爱好者。世界各国为使自己在开发利用宇宙空间的宏伟事业中处于有利地位,更是加紧探索宇宙中的奥秘。

宇宙深处的秘密一星云

当我们提到宇宙空间时,我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实,这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的,但远不是真正的“真空”,而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等,人们把它们叫做“星际物质”。

星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实,星际气体主要由氢和氦两种元素构成,这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想,恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质,成分包括碳合物、氧化物等。

星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下,某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来,形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态,银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。

弥漫星云正如它的名称一样,没有明显的边界,常常呈不规则形状。它们的直径在几十光年左右,密度平均为每立方厘米10~100个原子(事实上这比实验室里得到的真空要低得多)。它们主要分布在银道面(HOTKEY)附近。比较着名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

行星状星云的样子有点像吐的烟圈,中心是空的,而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质,形成星云。可见,行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较着名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。

这些星云是宇宙中的重要组成部分,我们研究天体的时候,可千万不要忽略了它们的存在啊。

科学家追踪宇宙不明冷暗物质

一个由来自中国科学院高能物理研究所、清华大学、中国原子能研究院等9家单位近25名专家组成的合作小组已经成立,他们在我国开展一项目前世界天体与粒子物理及宇宙科学界高度重视的最热门课题研究:追踪一种可能是宇宙早期爆炸后遗留至今的弱作用重粒子——超对称粒子。曾任该项目合作组中方首席科学家、中国科学院髙能物理研究所研究员戴长江说:“一旦经过科学的重复证实这种弱作用重粒子实存在,将极大地支持超对称粒子模型。不管最终结果如何,对这种新粒子的寻找对于粒子物理、天体物理及宇宙学的发展具有重大的科学意义。”

冷暗物质之谜

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