發射星雲

發射星雲

發射星雲(Emission nebula)是能輻射出各種不同色光的游離氣體雲(也就是所謂的等離子),造成游離的原因通常是來自鄰近恆星幅射出來的高能量光子。這些不同的發射星雲有些類型是H II區,也就是年輕恆星誕生的場所。

簡介

發射星雲發射星雲

發射星雲(Emissionnebula)是氣體星雲的三大類型(超新星遺蹟、行星狀星雲、發射星雲)之一,主要由星際氣體物質和塵埃組成,其中由氫和氦構成的氣體物質約占總量的99%,而塵埃則約為極少數的1%。隨著距離中心源增大,能產生光致電離的光子流量隨之減小致使電離度減小加之未電離的原子(離子)的光電吸收,進一步減小光子流量,使得它們呈現出極不規則的形狀,沒有明晰的邊界,因此又稱之為瀰漫發射星雲。英國天文學家威廉-哈根斯(Willium huggins)在十九世紀六十年代最先研究發射星雲的光譜。
發射星雲是能夠輻射出不同光色的游離氣體雲(也就是電漿),光譜中在極弱的連續背景上有許多發射體的亮星雲,由氫、氦、氧、硫、氖和鐵的原子和離子組成的發射體是基態上的原子和離子發生某種過激反應產生;通常,在星雲的中間或近旁會存在一顆或協星的熾熱恆星,它的光譜趨於O型或B1型;熾熱的中心輻射源輻射出大量的短波高能光子,照射星際物質,產生HII區,星雲中的氣體物質在熱星豐富的高能光子輻射作用下激發,發生光致電離反應,產生髮射光譜。從外形上看,瀰漫星雲沒有明顯邊界,平均直徑在幾十光年,常常呈不規則形狀。平均密度在每立方厘米10到100原子。瀰漫星雲總質量有大小之分。大的可達幾十個天陽質量,小的也有10個太陽質量。主要分布在銀河系內的銀道面附近。

形成

發射星雲發射星雲

根據觀測發現,星際氣體的主要是氫、氦兩種元素構成,這和恆星的成分相同。由此可以推斷星際氣體與天體的演化間極有可能存在某種密切關係。
近年來,科學家通過藉助射電望遠鏡對暗星雲發射的21厘米中性氫譜線進行觀測,有了驚人的發現,科學家們發現,它們與一些年輕的天體有著密切關係,觀測結果顯示,這些暗星雲的直徑約在10秒差距,平均原子密度為5X10的3次方個,平均溫度為10K。根據理論推斷,星雲的密度存在一定的上限,一旦超過這一限度,就會受到某種輻射(如毫米波)損失使內能減小,導致壓力小於自身的直徑而發生坍縮,在坍縮過程中,某些團塊因自身重力形成一系列密集點,這就極有可能形成恆星或星群的原始胚胎。不過根據恆星誕生率和銀河系中暗星雲的質量對比,龐大的質量中僅會有千分之一到百分之一形成恆星質量;通常,恆星誕生的過程中會造成周圍的部分星際氣體游離,游離的量和恆星的質量和溫度成正比關係。當然,一群年輕的星團也能造成同樣的效果。
新形成的恆星在發出高能光子激發星際氣體發光的同時也會產生強力的星風,改變星雲的形狀。星雲的顏色取決於化學組成和被游離的量,由於在星際間的氣體絕大部分都是只要較低能量就能游離的氫,所以許多發射星雲都是紅色的。如果有更高的能量能造成其他元素的游離,那么綠色和藍色的雲氣都有可能出現。經由對星雲光譜的研究,天文學家可以推斷星雲的化學元素。大部分的發射星雲都有90%的氫,其餘的部份則是氦、氧、氮和其他的元素。

在發射星雲中除大量熾熱氣體外,也包含少量氧化物和碳化物成分的細小顆粒——塵埃物質。星雲中的物質密度,從暗星雲中的每立方厘米十幾個原子到較亮星雲中的幾百個、上萬個原子。它們的電子溫度一般在1萬度左右。銀河系中的發射星雲大都分布在銀道面附近和鏇臂上,屬於扁平次系(見銀河系次系),和一些年輕恆星群(如O星協)的分布是一致的。所以在發射星雲和激發星之間,除能量供需關係外還存在著演化上的關係。暗星雲本身並不發光,這給利用光學望遠鏡研究帶來了極大的限制,近年來隨著射電天文觀測的進展,科學家利用暗星雲發射出的21厘米中性氫光譜,獲得了大量資料。大量的觀測發現,很多亮星雲位於一個更大的暗星雲之中,如人馬座大星雲就包含有礁湖星雲(M8)、鷹星雲(M16)、歐米茄星雲或稱馬蹄星雲(M17)和三葉星雲(M20)。它們很可能就是恆星誕生的地方。

發射星雲經常會有黑斑出現,這是雲氣中的塵埃阻擋了光線造成的。 發射星雲和塵埃的組合經常會造成一些看起來很有趣的天體,而許多這一類的天體都會有傳神或有比喻的名稱,例如北美洲星雲和錐星雲

觀測

發射星雲發射星雲

英國天文學家威廉-哈根斯在十九世紀六十年代最先開始研究發射星雲的光譜。1864年哈金斯在使用分光法觀測貓眼星雲時發現了兩條波長分別為495.9納米與500.7納米的發射譜線,由於這兩條譜線和那時地球上已知元素的譜線都不相符,哈金斯認為它們來自星雲中的特有元素,並將這種元素命名為“氰 ”(nebulium,有時也會拼成nebulum或nephelium。不過這一假設在1927年被美國科學家艾拉·斯普拉格·鮑恩(IraSpragueBowen)證明並不成立,他在對極低溫度下的雙電離氧研究發現這其實是二次電離氧原子O2+產生的禁線,並非是一種新的元素;

哈根斯指出發射星雲由熾熱的氣體構成,它們的光能量主要集中在一些發射線中。在這些發射線中,有一些是氫和氮的複合線,如紅區的Hα藍區的Hβ、和Hγ,以及常在某些高激發雲中出現的一次電離氦線λ4686等;另外一些很強的綠線λ4959、λ5007,一次電離氮的紅線λ6548、λ6583,以及一次電離氧的紫外雙線λ3726、λ3729等,都是在發射星雲光譜中經常出現的。在發射星雲的光譜中,也有一個由原子發射和塵埃反射形成的很弱的連續光譜。

星雲覆蓋

IC1396:發射星雲IC1396:發射星雲

NGC 2070(ESO57-EN6)是位於劍魚座大麥哲倫星系中的一個瀰漫星雲,因外形酷似蜘蛛,又稱之為蜘蛛星雲(TarantulaNebula)或劍魚座30(30Doradus);1751年被法國天文學家尼可拉·路易·拉卡伊發現。這個大塊頭覆蓋了大約800光年。照片中,包括超新星爆發的遺蹟,還有至今發現的最大的恆星。圖中閃亮的是由電離氮氣組成的恆星誕生區。蜘蛛星雲是本星系群內同類型星雲中最亮的。

發射星雲IC1396覆蓋大約數百光年,在影像的右上方可以看到混雜著熾熱的宇宙氣體以及黑色塵埃雲。在這片區域內的恆星距離地球只有3,000光年。這張廣角影像還捕捉到了周圍發射星雲以及吸收星雲。IC1396以及貫穿影像的紅光是由宇宙中的氫氣產生,被高能星光電離了的氫原子重新捕捉到電子後引起。黑暗的塵埃雲是鏇渦星系盤面內普遍存在的濃密煙霧狀微粒團。在IC1396迷人的黑暗形狀內,纏繞的象鼻星雲位於星雲中央右側。IC1396位於仙王座內。

位於北天御夫座的發射星雲IC 140距離我們約12000光年。這個跨度超過一百光年的氣團,是由其內部疏散星團NGC 1893的恆星風和輻射鵰塑而成,仿如一張斑駁陸離的鬼臉,顯示出宇宙森冷肅殺的一面。照片中心區域,星雲暗斑下方的白色亮點就是活力四射的NGC1893,它的年齡只有四百萬年。照片中七點鐘方向,那兩道蝌蚪狀的亮黃褐色窄帶,是密度很高的物質流,它們的尾部指離星雲的中心區,長度約為10光年左右,將來會有許多恆星從中誕生。在這幅窄波段疊加照片中,紅色、綠色和藍色分別表示硫、氫、氧等原子的輻射。

著名發射星雲

在北半球,最著名的發射星雲是在天鵝座北美洲星雲(NGC 7000)和網狀星雲(NGC 6960/6992);

在南半球最好看的則是在人馬座礁湖星雲M8/NGC 6523獵戶座獵戶星雲(M42);

在南半球更南邊的則是明亮的卡利納星雲(NGC 3372)。

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