书城自然科学科学奥秘丛书——天文大事纪
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第2章 星系的发现(2)

塞佛特星系于1943年发现,这类星系因被美国天文学家塞佛特发现而得名。

这类星系也拥有一个明亮的恒星状核,核的周围有模糊的旋涡结构、核区是激烈活动区。塞佛特星系的光谱中有很强的发射线,这些发射线通常是在一般星系光谱中看不到的。有些塞佛特星系的可视光度以长达数月的周期发生着变化;某些塞佛特星系发射着强大的红外辐射;有的还是强大的X射线源。

虽然塞佛特星系的体积很小,质量也小,但是它们以各种波长辐射的能量是很多数星系的100倍。

塞佛特星系一般都属于漩涡星系,此类星系占漩涡星系的1~2%。因此,许多天文学家认为,塞佛特星系实际上不是特殊星系,它们只是漩涡星系演化所经历的一个阶段。至于何种理论正确,目前尚难定论。

N型星系是由摩根在50年代所发现。这类星系的重要特征是有一个恒星状亮核以及比较致密的暗弱星云包层。星系的辐射大部分由核提供,表明核区是强活动区。有些N型星系的周围能够看到旋臂。这类星系有的是射电星系,光谱同塞佛特星系相似,只是发射线较窄,核的宽度有变化。

马卡良星系是根据前苏联天文学家马卡良发现而得名。马卡良星系是拥有反常强紫外连续谱的特殊星系。这类星系主要有两种类型。第一类为亮核型,即核是紫外源,这类星系占所有马卡良星系中的2/3,它们大多也是塞佛特星。另一类为弥漫型,紫外连续源分散在整个星系中,这类星系的较暗者多为不规则星系。最近发现马卡良星系多为密近而有相互作用的双重星系。

特殊星系按光度构成一个能量序列,类星体最大、正常星系比它们都小。

这表明这些活动现象与类星体有某种联系。而类星体似乎是性质多样的天体集合。因此,研究特殊星系,对探讨星系的起源和演化具有重要意义。

蝎虎座BL天体

1929年,科学家用光学望远镜在蝎虎座天区发现了一个光度变化不规则的呈恒星状的暗弱天体,1968年被证认为射电点源VRO42·22·01的光学对应体,这就是蝎虎座BL天体。20世纪70、80年代又发现了100多个类似的天体,人们把它们统称为蝎虎座BL天体,或BLLac天体。

BLLac天体的光学像同类星体一样类似于恒星,并且至今不能分辨它们的细节。它们都发出很强的红外辐射和射电辐射。和光学辐射一样无规则的快速变化(光变在几天或几月之内成几倍地变化,甚至成百倍地变化,但射电光变和光学光变似乎相互独立),同样具有非热致谱(即辐射不同于黑体辐射)。其射电谱在厘米波段增强,谱线平甚至倒转。并且,所有波段都具有比其他活动天体更大的偏振度。在其具有的连续谱中找不到发射线或吸收线。

由BLLac天体光变的时间可推测它的大小和太阳系尺度差不多,但当天文学家设法在它的光谱中得到了一些特征谱线时,发现其红移在0.05~1.78,这样再根据哈勃的红移—距离公式可推算出它们远离银河系。现在大部分天文学家认为它们是一些活动星系核。所以这种处于剧烈活动中的微小天体竟释放着相当于整个星系的辐射能量,高达1041焦耳/秒。要对这些问题有合理的解释甚至比人类在类星体面前遇到的困难还巨大。

踪迹难寻的白矮星

大部分的天文学家相信:宇宙空间中的“小个子”比“巨人”多得多。

目前的天文学理论认为,所有的恒星都是靠热核反应来维持其能源的。

毫无疑问,恒星的核原料早晚有会一天用光的,那时,这颗恒星将如何度过它的暮年时光呢?先让我们来看看多数恒星的情况吧。

天文观测证实,一些质量不太大的恒星,或者说质量小于太阳质量1.4倍的恒星,用完自身的核燃料后,一般都不可能再产生突发性的能量释放过程了。开始阶段,它们都较稳定地发挥着“余热”,随着温度下降,它们的体积日渐缩小,同时也就把它所存有的引力能奉献给宇宙空间。

最终,它们体积缩小到了自身的极限,密度增大到每立方厘米几百千克、这时,恒星就变成了白矮星——恒星家族的侏儒。白矮星的直径一般只有太阳的几十分之一。例如,在天空中肉眼看去最明亮的天狼星,实际上是双星,主星直径2倍于太阳的普通恒星。它的伴星天狼星B,则是一颗白矮星,直径大约只有太阳的三十分之一。

白矮星一般用肉眼无法观察到,因为它体积小亮度低。而冷却到不再发射可见光的白矮星,天文学家很难用天文望远镜直接看见它们,只能依据天体系统质量分布的大概情况去推测它们的存在。因为,冷却后的白矮星,和行星、卫星等的天体的重大区别,就在于白矮星拥有大于行星、卫星几万倍或十几万倍的密度。换言之,白矮星的巨大质量,会使靠近它的可见天体的运动受到不可忽视的影响,这正是科学家寻找白矮星的重要途径,同时,也是白矮星踪迹难寻的重要原因。

天文学家把希望寄托在宇宙飞船上,希望在宇宙中寻找智慧生命的同时,能早日查清距我们较近的白矮星的情况,为恒星演化的研究提供更多的资料。

密度惊人的中子星

在1992年之后,因为一项偶然的发现世界上许多的科学家,而处于极度兴奋之中。这个发现使全世界的射电望远镜都指向了茫茫天球上的一个狭小的区域。记者夸张报道,接收到了外星人无线电信号的消息使之成为全地球人的最热门的话题。事情是这样开始的:

1967年7月,在英国剑桥附近,一台专为研究星空“闪烁效应”的射电望远镜投入使用。8月的一天,专门负责检查自动记录图纸的贝尔小姐——爱尔兰的研究生发现了一个十分奇异的射电信号,它与以前天文学家所了解的由太阳大气所引发的“闪烁效应”根本不同,它的脉冲短促,按当时的记录速度,难以辨别它的周期。也许这是地面上电气设备的干扰信号吧?但无论如何,观测的负责人还是决定加强监测,并调快了自记纸张运行速度,以期弄清这个奇异的射电信号的周期。到9月份,一切都准备就绪时,神秘的射电信号却失踪了。

11月,该射电望远镜又一次收到了来自太空的射电信号。当贝尔小姐将第一份高速记录纸带送给负责人安东尼·海威斯先生过目时,海威斯先生竟惊异得目瞪口呆:神秘的信号源发来的是间隔约1.33秒的短周期脉冲无线电波。在紧张的核对这一记录的过程中,科学家更加惊奇地发现,这些无线电波的历时,精度不低于百万分之一秒,是一座相当准确的天文“时钟”。

经过各国天文学家的共同努力,迅速排除了是智慧生物的联络信号的任何可能性。随后,很快证实了这些无线电信号来自理论天文学家预言过的但是还从未发现过的中子星。

现在,科学家已大体了解了中子星的状况。那些质量为1.5~2.0个太阳质量的恒星,用完核燃料后,在引力作用下收缩时,达到白矮星阶段还没有停止,而要进一步收缩。如果说,强大的引力压力使白矮星物质的电子紧贴着原子核运行的话,那么,更大的引力高压则把电子完全压到原子核内,电子和质子合为一体了。也就是说,在这类天体上,物质的原子已不再显现出电的特性,完全由挨得很近很近的中子组成,这就是中子星。

中子星的直径大约只有八九千米,但它的质量却和整个太阳系的质量差不多。据估算,中子星的密度可以高达每立方厘米1亿吨以上,真是令人难以想象。

一颗巨大的恒星,在收缩成为中子星的过程中,遵守着角动量守恒定律——质量越集中,自转速度就越快。目前,已观测到的银河系的中子星,每秒都自转1000周左右。恒星收缩时,还导致了其原有磁场强度的增大,一般认为中子星的磁场强度可以达到普通恒星磁场强度的100亿倍。

中子星具有极大的密度,飞快地自转,超乎寻常的磁场强度,也是它能发射本文开头所提到的奇异射电信号的主要因素。理论物理学家正借此来推进他们的理论设想,射电天文学家们则希望能更多、更详细地了解中子星的秘密。

星际“双生子”

被阿拉伯人称为“阿尔果尔”大陵五的,意为“魔鬼之星”的一颗亮星坐落在银河的繁星之间。这颗英仙座的亮星怎么得到了“魔鬼”的诨号?

英国的约翰·古德里克——一位聋哑人科学家,在1783年首先解释了这个问题。他发现大陵五的亮度每2天22小时变暗一次;他提出,大陵五是两颗星组成的:一颗较亮的恒星和一颗暗一点的伴星,它们相互绕转时,当伴星掩盖主星时,我们就会看到似乎这颗星“变暗了”。就是说,大陵五看上去是亮度不断改变的星,所以阿拉伯人称之为“魔鬼之星”,而实际上它是双星——星际空间奇异的双生子。古德里克的理论为其后的天文观测所证实,人们叫大陵五这类因伴星遮掩而改变亮度的双星叫食变双星。

在夜空所看到的天狼星,也是一对双生子,不过它们的发育程度却有极大的差别。天狼星的主星直径相当于太阳的2倍,发出耀眼的蓝白色光芒,表面温度高达40000℃~50000℃,属于热核反应最激烈的青壮年恒星;而它的那颗伴星,直径约为太阳的1/30,光也暗得多。虽然这对双生子的体积相差21万多倍,但它们的“体重”却不相上下。

星际中也有许多巨人型双生子,在紧靠大陵五的御夫座中,就有一对风采过人的双星。其中一颗,直径约为太阳的7倍,发出蓝色的光;另一颗的直径为太阳的98倍,发红色的光。它们绕着共同的重心旋转一周要用去约2.66年的时间,每一周期中我们可以观测到两次相互掩食的现象,一次是红星将蓝星完全遮住,另一次则是蓝色的星在红星表面上掠过;每次掩食过程从偏食开始,至食甚,到结束,共历时约40天!

有些双星距离较近,它们在宇宙中相依相伴。例如,北斗七星中勺柄上的双星,互绕一周的时间仅0.67天左右,两星的大气层则连成一体,看上去犹如天际的巨型哑铃。

最初,天文学家认为宇宙中双星是不多见的,茫茫天际,充其量有几千对而已。可是,80年代末期,随着观测手段的进步,人们惊奇地发现,恒星孪生的现象,在银河系中比例高达千分之二三。就数量而言,在银河系中双星大约有4~6亿颗之多。

目前,已查明的河外星系约有10亿个,宇宙中可能有多少“双生子”,值得我们好好计算一番。

织女难会牛郎

古代人民以夜空的繁星为素材,创造出许多美好动人的神话故事,牛郎和织女的传说便是其中之一。据说,勤劳的牛郎是人间的普通村夫,而织女却是西天王母娘娘最宠爱的孙女儿。织女不甘心天宫寂寞,动了凡念,私自下凡与牛郎结为夫妇。此事犯了天上神仙们的法律,玉皇大帝派天兵天将把织女捉回天上。牛郎挑着担子,一边坐着女儿,一边坐着儿子,在后面飞快地追赶。眼看着牛郎就要追上织女了,王母娘娘从头上拔下碧玉簪,在牛郎和织女之间轻轻地一划,立即出现了一条波涛汹涌的天河,把一对有情人永远地隔开了。然而,情之所钟,惊天动地。天上的神鹊非常同情织女和牛郎,每年的农历七月初七,它们飞临天河上空,架起鹊桥,让织女和牛郎相聚一宵。

古老神话那令人倾倒的巨大魅力,在现代天文知识面前却失去了光彩。

今天,观测的结果告诉我们,即使在织女星和牛郎星上是本领高强的“神仙”,他们想要每年聚首一次也是根本不可能的。织女星和牛郎星相距14光年以上。换言之,以目前所知最快的宇宙速度——光速飞行,从织女星到牛郎星也要14年多的时间。

当然,织女星和牛郎星上也根本不存在任何生命,它们都与太阳类似,是炽热的恒星。织女星表面的温度约9000℃,比太阳表面高3000℃左右;直径约400万千米,差不多为太阳的3倍;它的体积差不多是太阳的24倍。牛郎星表面温度有7000℃上下,比太阳表面也高出1000℃左右。

可是,织女星却与地球上的人类有着不解的缘份,据天文学家推测,随着天体的运动,斗转星移,特别是随着地轴倾斜角度的缓慢变化,到公元14000年的时候,今日的织女星,将正好位于地球北极的上空,成为新的、明亮的北极星。