哈勃的功绩之银河科学

梁晓鹏

星系是太空行为发生的场所，是虚空大海中活动的岛屿。哈勃空间望远镜已经帮助我们辨认出宇宙最强大的爆炸的来源，了解了星系如何产生，观察到恒星生命的最后阶段。

气尘丝环绕中子星的现象属于超新星爆发的遗留。伽马射线暴

20世纪60年代，美国空军发射了一系列卫星，用以监控伽马射线。当时《部分禁止核试验条约》刚刚签署，美国想监控传说中的核试验释放的辐射。

卫星很快就监测到了伽马射线，但经过研究，美国空军迅速排除了辐射源为核弹的猜测。事实上，这些爆炸与地球根本没有任何关系。通过进一步研究，科学家逐渐意识到，他们每天都能观测到突然增强又突然减弱的伽马射线，其源头是宇宙空间。他们似乎目击了宇宙中最猛烈的爆炸，但没有探测到爆炸源。

哈勃空间望远镜追踪了这个秘密，得出的结论是：这些爆炸来自超新星爆发，巨星的爆发能形成一个黑洞或中子星。可是，并非所有的超新星都能产生伽马射线暴。那么，产生伽马射线暴的真正原因是什么呢？

科学家现在知道，至少有两种不同的伽马射线暴。哈勃的观测结果发现，大部分伽马射线暴来自最明亮的产星区域，这些区域拥有金属含量较低的恒星。看来，金属含量高的恒星和金属含量低的恒星形生超新星的过程可能不同。有一种观点是，金属含量低的恒星死亡时倾向于保留更多的质量。如果真是这样，伽马射线暴很可能是黑洞诞生的信号。

跟踪星系的历史

星系间相互吸引，常会引起碰撞和合并。这样的相互作用在早期宇宙中发生得更为频繁。天文学家相信，这样的星系撞击是星系生成和变化的重要途径。

银河系及其邻居仙女星系都是靠吸收较小的邻近星系形成的。我们可以通过研究一个星系中恒星的年龄、布局、构成以及公转速度来验证这个假说。

哈勃观察到了仙女座主星系圆环以外恒星区的光环。仙女座是距离银河系最近的星系，虽然在地面上也可以观察到，但只有哈勃空间望远镜才有足够强大的分辨率，可以看见它里面的一个个恒星。

天文学家原本认为，仙女星系光环里的恒星已经很老，因为他们认为光环是星系形成初期的产物。但哈勃的观测发现，处于这个星系外部区域的恒星的年龄范围很宽，从60亿年至130亿年不等。较年轻的恒星可能是通过碰撞进入仙女星系的，仙女星系吞没了这些小星系，将其恒星据为己有。哈勃空间望远镜的观测结果，给星系的互动和合并是所有标准大星系演化历史的一部分这一观点提供了强有力的支持。

海山二的最终命运可能是因自身巨大的引力而坍缩成黑洞。坍缩时能量将自其自转轴两极以喷流方式喷出，形成伽马射线暴。

垂死的恒星

像太阳这样的中等大小的恒星在生命终结时，会将其外层气体喷射到空中，留下恒星的热核——一颗白矮星，用时大约是1万年。这颗白矮星的射线会使气体发光，形成独特而且漂亮的形状，被称为行星状星云。这个名称来自天文学早期，当时人们以为他们通过望远镜看到的模糊形状可能与行星有关。

现在，哈勃空间望远镜观测到许多这样的星云，发现了大量复杂而奇特的形状，有些像隧道，有些像套环。猫眼星云由11个气泡组成，从我们的视角看上去，每个气泡都是一个圆环。通过哈勃空间望远镜，天文学家观测到恒星前期喷出的物质与新近喷出的物质之间正在发生互动，这说明行星状星云不是恒星垂死时一气呵成的，而是由多次爆炸形成的。

尽管在相对短暂的时间内产生如此复杂结构的动力迄今仍然很神秘，但哈勃的每一张图像都有助于我们更进一步理解类似太阳的恒星怎样度过自己临终的年代。

比太阳大8倍至25倍的恒星会以另一种方式结束自己的生命——巨大的爆炸，被称为超新星爆发，之后会遗留一个中子星或一个黑洞。当这些巨大恒星的燃料耗尽时，它们的核就会坍缩并爆炸，把自己的外层急速喷向太空。

天文学家第一次看到超新星爆发是在17世纪，当时的欧洲还处在向北美殖民的进程之中。到了1987年，大麦哲伦星云的超新星爆发的光已经到达地球。3年之后，哈勃空间望远镜发射升空，开始就近监测这次爆发。哈勃空间望远镜反复观察了超新星1987A，看到了已爆发恒星周围闪亮的气环和气结。

现在，哈勃空间望远镜正在监测一个处于形成过程中的超新星——船底座海山二星。这是一个超巨星，质量是太阳的100多倍。1843年，它成为我们夜空中的第二亮星。哈勃图像显示，这颗不稳定的恒星喷射出两只“耳垂”，这是它最终爆发的前奏。由于船底座海山二星的质量太大，科学家认为它最后可能成为一个超巨新星。endprint