为什么天文学家一直盯着天空的同一个地方

宇宙浩瀚无垠,但天文学家们却一遍又一遍地观测着夜空中的某些区域。例如,从哈勃太空望远镜詹姆斯·韦伯太空望远镜乃至更远的设备,它们都观测过麦哲伦云。麦哲伦云是位于我们银河系附近的两个小型星系。但在浩瀚的宇宙中,科学家们为什么会如此多次地重复观测同一目标呢?

事实证明,对一种天体现象有大量信息,实际上能帮助天文学家更好地理解整体图景,从而取得一些重要的科学进展。特别是麦哲伦云,它们是一个研究星系之间如何相互作用——气体和尘埃在它们之间 swirling,改变它们的形状,甚至交换整个恒星——以及恒星如何形成的绝佳实验室。

这两个麦哲伦云被称为大麦哲伦星系(LMC)和小麦哲伦星系(SMC),它们就位于我们宇宙的“后院”。它们距离我们约 150,000 多光年,这听起来很远,但要知道,我们银河系本身的遥远边缘延伸超过 300,000 光年。与此同时,我们最近的全尺寸邻近星系仙女座星系,则远在 260 万光年之外。

距离地球近 200,000 光年,大麦哲伦星系,银河系的一个卫星星系,在太空中漂浮,与我们的星系进行着漫长而缓慢的舞蹈。其中巨大的气体云缓慢塌缩,形成新的恒星。反过来,这些恒星又会点亮气体云,形成一片五彩斑斓的景象,在哈勃太空望远镜的这张图像中可以看到。图片来源:ESA/NASA/Hubble 经由 NASA

LMC 和 SMC 在字面上是相互交织的,并且与银河系也紧密相连。所谓的麦哲伦流是一缕气体,在 LMC 和我们家园星系之间移动,而麦哲伦桥是 LMC 和 SMC 之间类似的结构。这些由恒星和其他物质组成的“河流”是引力作用的证据,当矮星系过于靠近我们巨大的星系时,引力会从它们那里“吸走”物质。

随着引力在星际物质中移动,新的恒星从气体和尘埃云中诞生。LMC 和 SMC 是特别活跃的恒星形成中心,为科学家们提供了近距离观察恒星原材料在星系中循环方式的机会。例如,斯皮策空间望远镜(该望远镜观察红外热辐射)的图像揭示了 LMC 中新恒星的形成如何消耗尘埃以及它如何排出剩余物质。

这张可见光马赛克显示了大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。这两个星系相隔约 21 度,从南半球很容易看到,它们是夜空中模糊的、发光的光斑。LMC 和 SMC 是离我们最近的大型星系,分别距离我们约 163,000 光年和 200,000 光年。图片来源:Axel Mellinger, Central Michigan Univ. 经由 NASA

由于天文学家无法在实验室中制造恒星并进行精确控制的实验,他们只能从尽可能多的角度来观察太空中的事物。想象一下,你需要了解一个雕塑是由什么制成的,以及它是如何被雕刻的,但你不能触摸它,而且只能在房间的另一边观看——你必须发挥创意来了解它,从不同的角度拍照。

在天文学中,不同的“角度”的照片实际上是不同波长光下的观测。通过观察整个电磁波谱,天文学家可以收集更多关于他们正在观察的任何太空物体的信息——来自遥远拼图的不同碎片。例如,詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外观测显示了附近 LMC 中尘埃驱动的恒星形成与早期宇宙中的星系有何不同,而钱德拉X射线观测则发现了这些星云中年轻恒星的活跃迹象

天文学家们还有许多技巧来提取更多信息,而无需直接与遥远的星系互动。例如,光谱学将光分解成所有不同的波长,使天文学家能够看到来自物体的是哪种光,从而确定它是由什么组成的;在麦哲伦云(及其他地方)中,这就是天文学家弄清楚恒星内部含有哪些元素的方法。另一种技术是偏振光度学,它将光分成两个偏振状态(有点像漂亮的偏光太阳镜,可以阻挡地球上一些明亮的蓝天光)。天文学家利用偏振光度学来窥探明亮的婴儿恒星,当它们照亮麦哲伦云周围的环境时。

NASA 斯皮策空间望远镜拍摄的这张充满活力的图像显示了大麦哲伦星系,它是我们银河系的卫星星系。图片来源:Credit: NASA/JPL-Caltech/M. Meixner (STScI) & the SAGE Legacy Team 经由 Spitzer

此外,如果天文学家一遍又一遍地用他们的望远镜重新观测同一个天体,他们就能看到这个天体随时间的变化。尽管星系和恒星的寿命远远长于人类,但即使在短短几年内,通常也仍然可以注意到一些有趣的差异。时间流逝还有一个额外的好处,就是我们地球上的技术不断进步——如今的望远镜比二十年前能看到更精细的细节。

天文学家知道这是过程的一部分;一个最近重新观测麦哲伦云的项目甚至被巧妙地命名为“是的,又是麦哲伦云。”。对同一旧目标的这次新观测揭示了一些出乎意料地古老的恒星,以及一些科学家以前未曾发现的新结构。即使麦哲伦云已经用我们迄今为止最好的望远镜拍摄过,它们肯定会在未来的另一个观测活动中成为焦点——在探索外太空的奥秘时,我们总会有更多的东西需要学习,更多的细节需要理解和完善。

 

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Briley Lewis

撰稿人

Briley Lewis 博士(她/她)是一位自由撰稿的科学作家和天文学家。在 Twitter @briles_34 上关注她,或访问她的网站 www.briley-lewis.com。


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