星云──星际间的聚散轮回
星云是尘埃和气体组成,数千或数十亿年后,可能烟消云散,或聚集成如太阳般的恒星。恒星死亡前,喷发出的物质也有机会再聚集成另一团星云,继续孕育下一代恒星,形成生生不息的“轮回”。
(照片提供/科学人)
拿着望远镜对准晴朗的夜空,除了星星,还会发现一些不会散去的星际云气。1920 年代之前,天文学家把这些云雾状的天体统称为“星云”,而随着天文望远镜的解析度提高,才知道这些像云一般的天体其实有星云、星团及星系之分。“星系”是上亿颗恒星及众多云气共同组成的大集合体;“星团”是数十颗以上的恒星聚集在同一区域,为组成星系的成员之一;而现在定义的“星云”是指星系中,因重力而聚集的尘埃及气体。星云的组成主要是氢,其余还有氦、氮、氧、碳等元素,其所含物质的质量可达太阳的数百万倍之多,涵盖范围往往有数十至数百光年之大。
各种绚丽的云气
依照外观的不同,星云分成发射星云、反射星云和黑暗星云。“发射星云”是组成的气体被邻近恒星放出的紫外光、X 射线等高能射线照射,激发出光子,若被激发的是氢原子,便放出红光,氧原子则为绿光。位在猎户座的火鸟星云就因为大量氢原子被激发而呈现红色。
“反射星云”是反射邻近恒星的光,通常呈蓝色,因为蓝光波长短,散射角度较大,容易被散射而进入我们眼中,这和天空为什么是蓝色的道理相同。位在金牛座方向的昴宿星团(又称七姐妺星团)周围的蓝色云气,就是反射星云。
“黑暗星云”既不发光也不反射光线,是一团密度高、足以挡住后方发光星体光芒的星云。中央大学天文研究所教授陈文屏表示,在星际间一立方公分的体积里,平均只有一个分子或原子,但在黑暗星云中则有上万个分子、原子和离子。由于密度高,紫外光、X射线均无法穿透,因此黑暗星云中心维持在非常低温的状态,温度大约 10K(-263℃)左右。这类星云的存在,可以透过星云背后的恒星或明亮的星云部份被遮住而显现出来,像著名的马头星云即在发射星云衬托下,呈现出马头形状。
星云的重生与轮回
不同种星云有不同的命运,发射星云和反射星云的密度疏、温度高,云气会渐渐扩散而消失不见;密度大、温度低的黑暗星云却非常有机会使气体及尘埃聚集,最后因自身重力而持续缩小,等密度达到一定程度,其中央部位会开始发热,一旦温度达约数百万K,就会点燃核反应,形成发光的恒星。恒星形成过程中,周遭云气也会受影响而各自藉由重力结合尘埃及气体,形成行星及卫星,例如太阳系里的行星及卫星就是在太阳形成过程中,影响周围云气而一起生成。
星云的质量若够大,就有机会收缩形成一群恒星成为星团。但单一气团聚集的尘埃及气体若质量小于太阳的 1/100,收缩后温度就不会高到足以点燃核反应,便无法形成恒星,例如主要由气体构成的木星,其质量只有太阳的 1/1000,本身虽然因重力收缩而发热,但核心温度不高,无法形成恒星。
恒星死亡前会喷发出大量物质,这些物质回归星际后,可能聚集成为另一个星云,继续孕育下一代恒星,形成恒星与星云之间生生不息的“轮回”。
爆炸中诞生的星云
随着恒星衰老,外层物质的重力与内部核心的气体热压力无法达到平衡,导致星体结构开始不稳定,一下膨胀、一下收缩,最后发生爆炸,以“喷发”或“超新星爆炸”的形式结束生命。通常内部核心质量(进行核反应的部份)小于 1.4 个太阳质量的恒星,外层物质会向外喷发形成“行星状星云”(与行星无关,因为透过望远镜观察,其外观和圆盘面行星相像,故以此命名),内部核心则压缩成亮度较原恒星低、体积约与地球相当的“白矮星”,我们的太阳预计 50 亿年后也会喷发出行星状星云。
恒星死亡前,若内部核心质量大于 1.4 个太阳质量,巨大能量就会使恒星本身炸碎四散,并突然变得很亮,形成“超新星爆炸”,最终外围物质消散形成“超新星残骸”,内部核心则可能压缩形成密度比白矮星大的“中子星”或黑洞,例如M1蟹状星云即属于超新星残骸。
中央大学天文研究所教授陈文屏表示,行星状星云和超新星残骸当中的白矮星或中子星都会发射出紫外光、X 射线等,使星云内的气体受激发而放出光芒,因此都属于发射星云。这两类星云的温度很高,内部云气会向外扩散,大约数千年后,就消散在宇宙中了。
来源:科学人
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