The Butterfly Nebula(蝴蝶星雲) M2-9
NASA的哈伯望遠鏡從擾動的氣體蒸爐中觀測到一顆名為 N159 的恆星誕生的過程,它位於17萬光年外大麥哲倫星系中,從這顆大質量高溫新恆星吹出的恆星風,將外圍廣達150光年的星雲外型塑成了如圓弧、長柱和細絲等特殊的形狀。
這是天文學家首度得以仔細觀察這種罕見的密實、由高度游離氣體所組成的蝴蝶形星雲,它通常深藏於發光氣體與黑暗塵雲的大漩渦中心,透過哈伯望遠鏡的高解析力,天文學家測得其直徑約 2光年(視直徑 2")。這種雙極形星雲可能來源之一是,從隱藏在吸收帶中央的大質量恆星(太陽質量的十倍以上)所噴出的氣體。這類恆星的溫度相當高,它們的輻射壓甚至能將從周圍氣體盤落入的氣體再沿著兩極反推出去。
這次的觀測,是大麥哲倫星系年輕大質量恆星搜尋計畫的一部份,要觀測到如此大質量、又剛誕生不久的新恆星,機會相當難得,在這張攝於1998年的真色照片中,紅色部分是氫、黃色則是高游離態的氧所發出來的,這次的觀測是由歐洲天文學家 Mohammad Heydari-Malayeri (法國巴黎天文台)與 Michael Rosa (德國歐南天文台)、Vassilis Charmandaris (巴黎天文台)、Lise Deharveng (法國馬賽天文台)、Hans Zinnecker (德國天文物理協會)共同合作,他們的研究結果發表於歐洲天文與天文物理期刊上。


星空蝴蝶—行星狀星雲(2004/03/08)http://www.bud.org.tw/chen/chenAs58.htm
晴朗的夜晚,我們觀察閃耀於天際的群星列宿,除了少數幾個如金星、火星、木星與土星等為太陽系內的行星,由於反射太陽的光而為我們所見外,其餘均為像我們太陽般,能自行發光、發熱的星體,我們則稱其為「恆星」,它遠在我們太陽系外,距離我們需以「光年」論計。
「恆」星並非永恆的,它與我們人類一樣,也有誕生、衰老、生病、死亡的過程,只是它比人類的壽命更為長久。例如我們的太陽可以活一百億年;即使比較短命的,例如天琴座的織女星,也可活到一千萬年。另外,當人衰老時,會變得體弱無力、精力衰退,但恆星死亡時,核心溫度卻會上昇,體積增大,甚至很有活力的產生漂亮而壯觀的「行星狀星雲」,它是如何的起源,與恆星的死亡有何關係?這都是當今天文物理上一個重要的研究課題。
我們的太陽目前已度過四十多億年的歲月,再過五十億年後,它核心的溫度會昇高,半徑則膨脹到一百倍,遮蓋住了大半個天空。那時在地球上看日出、日落,都需要好幾個小時,最後太陽的表面會觸及到地球的軌道,亮度則增加為數百至數千倍,地球上的萬物眾生都焚燒殆盡。此時太陽已膨脹成為一顆紅巨星,然後會產生一個比目前太陽系大五百倍的行星狀星雲。第一個所發現的行星狀星雲,為法國的梅西爾在1764年所發現的狐狸座的M27啞鈴星雲,由於外形為圓錐狀,故稱為行星狀星雲。目前所發現的行星狀星雲約有兩千個,每個行星狀星雲的中央都有一顆恆星,並且有條「對稱軸」,如果我們將對稱軸對摺,會發現兩面可以完全重疊。
1956年,前蘇聯天文學家史洛斯基首先提出行星狀星雲的理論,他認為那是紅巨星將星體的外層拋出所致,留存下來的核心就成為行星狀星雲的中央星,然後它會再慢慢冷卻收縮,最後就演變成為白矮星。
被譽為星空中蝴蝶的行星狀星雲有多種形狀,除了漂亮的蝴蝶形外,還有圓形、橢圓形、雙環形等等,但是其基本結構都是相似的,那就是蝴蝶形。但是當我們從不同的角度望去,就會看到不同的形狀。如果從蝴蝶的側面,也就是翅膀邊看去,就成了圓形,另外從45的斜角看去,則成了雙環形。
郭教授為了要解釋行星狀星雲的形成,就想到他在加拿大冬季時經常鏟雪,而提出所謂的「鏟雪」理論:通常恆星會發出一些較分散,每秒約為25公里的風,但到了紅巨星階段時,表面就會吹著每秒高達2000公里的風,此時這很快的風,就會像鏟雪機一樣將前面較慢的風向前推,也就是很高速的恆星風,將早期也較慢的恆星風如鏟雪般的鏟過去,如此就造成固定形狀的行星狀星雲。這項假設,後來得到「國際紫外線探測者」衛星的確認,發現行星狀星雲內,的確有速度很快的恆星風。此外,行星狀星雲外圍亮度較弱的光暈,還有紅巨星的恆星風含有大量稱為「星塵」的固體微粒,它能放出強烈的紅外線,以及當兩個恆星風相撞時,所產生極高溫的「泡沬」,由於其溫度高達數千萬度,因而會發出χ射線。這些理論,都一一得到證實,而且「鏟雪」理論,更成為行星狀星雲的基本理論。
紅巨星表面所吹強烈的恆星風,亦解決了天文上的另一難題。著名的美籍印度天文學家錢德拉塞卡,在1930年曾推論出白矮星的質量上限,不會超過太陽質量的1.4倍,如超過1.4倍的話,則會成為超新星。依此理論我們銀河系內應有許多的超新星,但在過去的一千年中,我們銀河系內只出現幾次超新星,銀河系內平均每年有一顆恆星死亡,這顯示只有極少部份的恆星成為超新星,那麼其它的恆星如何逃過這個劫難呢?
答案就是紅巨星表面強烈的恆星風,這些恆星風每秒可拋出600萬億噸的質量,如此強烈而持續不停的恆星風,在數萬年內便可將恆星「瘦身」減掉一大半。也就是一顆原為太陽質量八倍的恆星,經恆星風吹了數十萬年後,質量就會減低至太陽的1.4倍內,因而無法成為超新星。目前已知大約有95%的恆星,其質量都小於太陽的8倍,所以它們都會經過行星狀星雲而成為溫和的白矮星,如此中子星與黑洞才沒有想像的那樣多。
行星狀星雲的氣體溫度約為攝氏一萬度,中央星的溫度更高而為攝氏三萬度至二十五萬度,但由於行星狀星雲中的氣體密度極低,如果你身處行星狀星雲中,決不會感到萬度的高溫,只會受遙遠中央星的輻射,而覺得僅是零下150的低溫。許多行星狀星雲的中央星由於溫度太高,所發出的光基本上全為紫外線,雖然能量高,但可見光的範圍卻很小,甚至很難看到。這些紫外線被外圍的氣體阻擋,紫外線的能量被氣體吸收,而發出各種不同顏色的可見光,這就成了我們通常所見,行星狀星雲絢麗色彩的來源。
後記:
「星空蝴蝶—行星狀星雲」,為目前擔任中央研究院天文及天文物理所籌備處主任的郭新教授,在2004年2月28日應台北市立天文科學教育館與台北市天文協會的邀所作之演講。郭教授原籍香港,美國明尼蘇達大學博士,主要專長為恆星演進、恆星風以及行星狀星雲。三十多年來,他利用世界最先進的光學及電波望遠鏡作觀測研究,而有許多重大發現。郭教授並曾擔任國際天文聯合會行星狀星雲研究組之主席,為世界研究行星狀星雲頂尖之天文學家,著有「行星狀星雲的起源與演化」以及「星空蝴蝶」,均由劍橋大學出版社出版。

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