哈勃告诉了我们关于我们的家园星系的一切

恒星的故事写在我们的银河系中,而哈勃太空望远镜帮助我们读懂了它。

银河系是一些令人难以置信的景象的家园。从恒星孕育地的尘埃之美到恒星爆炸后留下的五颜六色的碎片,哈勃望远镜帮助我们揭示了银河系的美丽。然而,这些图像不仅看起来令人震惊。在天文学家的眼里,这些照片讲述了一颗恒星的生命历程。

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故事开始后不久哈勃太空望远镜30年前发射的,当时它第一次将目光转向散布在银河系的一些尘埃云。天文学家认为这些地方是恒星的摇篮,夜空中每颗恒星都是在这里开始生命的。

这些诞生地中最著名的一张照片(也许是哈勃有史以来最著名的照片)是鹰星云M16(见下图)。这张照片拍摄于1995年,更为人所知的是,它是创造的支柱,新的恒星正开始在其中形成。

这张鹰状星云的创世之柱的照片是由哈勃最新的广角相机3于2014年拍摄的。为了让大家对规模有个概念,这些高耸的柱子大约有5光年高©NASA, ESA和哈勃传统团队(STScI/AURA)
这张鹰状星云的创世之柱的照片是由哈勃最新的广角相机3于2014年拍摄的。为了让大家对规模有个概念,这些高耸的柱子大约有5光年高©NASA, ESA和哈勃传统团队(STScI/AURA)

“我们在哈勃对这些星云的许多观测中看到了这些柱状结构,”他说詹妮弗·怀斯曼哈勃的高级项目科学家。“来自新形成的大质量恒星的风在留下的气体中更大的团块周围切割出这些结构。”

通过研究这些云形成的形状,天文学家能够解开恒星生命中这些关键的早期阶段。在一定程度上,他们是通过观察过去20年云层的变化来做到这一点的。

2015年,同一张图像的新版本显示,云层中的一条喷气机增长了近1000亿公里,这表明这些区域的真正活力。

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更令人兴奋的是,当哈勃仔细观察猎户座星云的一些新生恒星时,它发现其中一些恒星有旋转的尘埃盘——这是它们进入生命的下一个篇章并正在形成的迹象行星

观察外星世界

作为一个明星当它生长时,它通常会在周围形成一个由尘埃组成的原行星盘。随着时间的推移,这些碎片聚集在一起,逐渐增大,最终形成一个行星系统。

在天文学发展最快的研究领域之一,研究这些圆盘是至关重要的一步:系外行星,存在于其他太阳系的行星。

“当哈勃望远镜被设计时,还没有一个概念可以用来研究地球以外的行星太阳系. 那时我们不知道系外行星,”怀斯曼说。

自从上世纪90年代第一颗系外行星被发现以来,已经确认了4000多个行星;每天都在增长的数字。追踪这些行星需要长时间观察大面积的天空。

哈勃望远镜的视野狭窄,对时间的要求很高,因此无法胜任这项任务。但它可以更深入地观察其他天文台已经发现的行星。

迄今为止,已经发现了4000多颗系外行星©ESA/Hubble/M.Kornmesser
迄今为止,已经发现了4000多颗系外行星©ESA/Hubble/M.Kornmesser

“哈勃的开创性贡献在于分析这些系外行星的大气成分,”怀斯曼说。“它通过观察一颗从其母恒星前面经过的系外行星来做到这一点。在凌日期间,恒星发出的光会穿过大气层的外层。其中一些光被那颗行星的大气层吸收了,哈勃接收到的光中仍然有这种信号。”

通过分离这一特征,天文学家能够探测到行星大气中的几个关键元素和分子。哈勃特别适合寻找的一个重要分子是水。

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在地球上,哪里有水,哪里就有生命。因此,天文学家们热衷于确定有多少其他行星和我们的行星一样潮湿,以期预测我们银河系中还有哪些地方可以找到生命。

哈勃的分辨率非常高,它甚至可以绘制出一个行星表面天气模式的基本轮廓。当望远镜观测被潮汐锁定的WASP-43b时,该行星的一面总是面对着太阳,它能够识别出永远受到阳光照射的那一面的热斑。利用这一点,天文学家能够预测该行星的风是如何在白天和夜晚之间吹来的。

但正如哈勃望远镜揭示了恒星和行星的起源一样,它也转向了它们的最后一幕。当恒星的核燃料耗尽时,它们就会死亡。如果这颗恒星足够大,那么这次死亡将是一次爆炸性事件,被称为超新星。再一次,哈勃的力量不在于首先探测到这些宇宙闪光,而在于随后观察它们。

超新星的研究

在恒星的整个生命周期中,恒星都会转化恒星中产生的氢大爆炸变成了氦和其他更重的元素当恒星变成超新星时,它将这些元素抛向外。

当热气体云撞击到周围的介质时,它产生了一个推进的激波,由白矮星(一颗小的热恒星)从内部点燃,这是爆炸的恒星体的全部残留物。由于这些气泡从地球上看是模糊的球形,它们最初被误认为是行星,导致它们被称为“行星状星云”,尽管它们与行星没有任何关系。

1987年,就在哈勃发射之前,一颗超新星在银河系的伴星大麦哲伦星云爆炸。多年来,哈勃一直在观察这次爆炸产生的气体环已经移出并扩展到星际介质——充满恒星之间空间的气体。

哈勃望远镜拍摄的超新星1987A在1994年到2016年间的演化©NASA, ESA, R. Kirshner, P. Challis
哈勃望远镜拍摄的超新星1987A在1994年到2016年间的演化©NASA, ESA, R. Kirshner, P. Challis

由这些冲击波引起的湍流最终会导致星际介质聚集在一起。这片新的星云,富含了垂死恒星抛入宇宙的所有元素,然后继续形成恒星托儿所,将恒星生命的宇宙故事带回到它的开始。

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银河系是一个充满活力的地方,充满了恒星诞生,形成行星,然后消亡,只是因为它们的残骸为再次重复这个循环提供了燃料。哈勃望远镜对观测这一不可思议的过程的每一步都至关重要。