□作者: 温学诗

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ω星团 温学诗

ω星团是全天最明亮最美丽的球状星团,可惜这个明亮的球状星团位于南天，北半球中纬度以北的人们都无缘与它会面。不过，当你有机会去南半球的时候，可别 忘了看看它，仅凭肉眼就能看见。全天只有两个球状星团是不需望远镜就能看见的，除了半人马座ω星团，另外一个是杜鹃座47星团也在南天。这两个亮星团的名 字用的都是恒星的名称，因为古代天文学家没有发现它们是星团而把它们看成了恒星。 　　 　　半人马座中的ω星团 　　 　 　ω星团位于半人马座。我们先来熟悉一下南天这个较大的星座。半人马座与长蛇座毗邻，位于长蛇座的南边。它周围还有唧筒座、船帆座、船底座、苍蝇座、南十 字座、圆规座、豺狼座，它们中的大部分都太靠近南天极，所以北半球的人们就看不到它们了。北纬25°以南地区的人们可以看见完整的半人马座。 　 　说起半人马座，一些刚刚涉猎天文学的人常常将它与人马座相混淆。这两个星座的名称近似，它们的来历确实是有关系的。在古希腊神话传说中，有一个叫肯陶罗 斯的半人半马族。他们上半身是人形，而下半身却是马的身驱。他们住在深山密林中，生性野蛮粗鲁，天生好酒好色。他们善于奔跑，作战本领高强。最让人们难以 忍受的是，这些半人马们总爱惹是生非，不能与邻居们和睦相处。半人马座的拉丁语名称是“Centaurus”,音译过来就是“肯陶罗斯”。然而，也有与大 多数肯陶罗斯们背道而驰的半人半马，卡戎就是最典型的一个。卡戎善良贤明、博学聪慧、多才多艺。希腊神话中有许多大英雄和大能人都是他的学生。卡戎得到了 大家的爱戴和尊重。不幸的是，卡戎最后被他的一个学生误伤而死。卡戎死后，天神宙斯将他升上天空，成为人马座。人马座位于黄道带上，比半人马座靠北一些， 我们北半球中纬度广大地区的人们都能看到完整的人马座。 　　 　 　半人马座的亮星比较多。最亮的半人马座α星，中国星名南门二，视星等为0等，非常亮，全天除了天狼星和老人星，就数它亮了。实际上，半人马座α星是由 a、b、c三颗子星组合而成的三合星，其中的c子星是距离我们太阳系最近的一颗恒星，距离4.22光年，它就是我们平常所说的比邻星。除了半人马座α星， 这个星座中还有2颗1等星，4颗2等星，7颗3等星。这些亮星的连线勾勒出一个好斗的半人半马，他手拿长枪，正在与豺狼搏斗。美丽的ω星团就位于半人半马 的腰眼附近。 　　 　　领略ω星团的风采 　　 　 　由于ω星团肉眼可见，早在1800多年以前，古希腊著名天文学家托勒密就已经将它收入他编的星表中。1603年，德国天文学家巴耶尔在编著他的《天文图 志》一书时，也把这个星团当作一颗恒星编入他的星表，并且给它命名为半人马座ω星。1677年，英国天文学家哈雷发现它比一般的恒星显得要大一些，而且肉 眼看起来非常模糊，由此猜想它是一个球状星团。1888年，英国天文学家德雷尔在他新发表的《星云星团新总表》简称NGC星表中，将ω星团排在第5139 号，因此，它又简称NGC5139。 　 　ω星团的总星等为3.65等，角直径达到30′，与满月相当，当然没有满月那么明亮，银河系中已经确认出的100多个球状星团当中没有其他球状星团能与 它媲美。ω星团距离我们18000光年，是我们已知的最近的球状星团之一。天文学家估计它包含了100万颗恒星，是已知质量最大的星团，至少是太阳质量的 50万倍。它的线直径也是最大的，达600光年，一般的球状星团直径在100～300光年左右。它的年龄大约140亿光年，和银河系的年龄相当。 　　每年春末夏初的夜晚，在我国南方，如海南、广东、广西、云南等地，可以看见ω星团。那段时间，它出现在南方地平线以上不高的地方。喜爱观察星空的朋友，要注意选择视野开阔、无灯光污染的地方，才能有幸一睹这个全天最大最亮的球状星团。 　 　如果仅凭肉眼去观察ω星团，那你确实看不出它与普通恒星有多大的区别，只有透过望远镜才能领略它那无与伦比的壮观与美丽。ω星团中最明亮的恒星为11 等，我们使用口径只有5厘米的小型望远镜，就能分辨出星团周边的部分恒星。若使用口径20厘米、放大倍率大于100倍的望远镜时，星团中心部分的恒星也会 被分解，数不清的恒星充满了望远镜目镜的整个视场，还能分辨出一些较亮恒星的颜色，发红色的，发蓝色的，还有白色的，真是美妙极了。当然，如果望远镜的口 径越大、分辨率越高，那看到星团中的恒星就越多、越壮观。假如你我有机会能使用专业的大型天文望远镜去看一看ω星团，你可能会被呈现在你眼前的那一幕惊呆 了，那么多的恒星密密麻麻地聚集在一起，绝对是难以想象的壮观场面。不过，有这种机会的人不会太多，那我们欣赏一下大望远镜拍摄的ω星团照片，也可以领略 到它的壮观和美丽。 　 　有兴趣的读者，还可以将全天最明亮的ω星团与北天最明亮的武仙座M13星团作一番比较。在我国的低纬度地区，当ω星团出现在南方地平线以上时，武仙座 M13也同时出现在比ω星团高的天空中。这时候，你使用同样的望远镜，同样的目镜，你就会很容易看出ω星团比M13 要大许多，也亮许多。 　　 　　ω星团中的新发现 　　 　 　由于比其他球状星团都明亮，致使ω星团成为天文学家关注的重点。ω星团与其他球状星团相比，具有很大的不同。它所包含的成员多，这一点是显而易见的。一 般的球状星团包含有成千上万颗，甚至是几十万颗恒星，而ω星团的成员达到了100万颗。另外，经过长期的观测，人们发现，在同一个球状星团中，各成员星都 有相似的初始化学成分，而且它们的运动方向和速度以及与我们的距离，都大致相同。同一个球状星团中的所有成员都被它们之间的引力束缚在一起，步伐整齐、步 调一致地像一颗星一样在空中飞驰、运动。人们确认，属于同一个球状星团的所有恒星，都是由同一块星际气体云，在同一时刻一起诞生的。 　　2004年以来，一个天文学家小组利用哈勃空间望远镜的观测数据，证明了ω星团与其他球状星团都不同，这个星团中存在着两个主要的、截然不同的、都以核心氢元素为能源的星族，一个是蓝色星族，另外一个是红色星族。 　 　 另一个天文学家小组利用欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）及多目标光谱仪对ω星团中两个不同星族中的一些恒星进行了长时间的观测。 他们使用了MEDUSA模式，可以同时获得130条以上的恒星光谱。他们一共观测了17颗蓝色星族的恒星和同样数量的红色星族的恒星。对每一颗恒星都拍摄 了12条曝光1小时的光谱。这些恒星的星等介于20到21等之间，即比肉眼可见的最暗恒星还暗50万到100万倍。 　　然后，将每个星族中17颗恒星的光谱分别叠加起来，合成了一条蓝色星族的“平均”光谱，还有一条红色星族的“平均”光谱。每条光谱的总曝光时间都不低于204小时，因此能够提供关于这些恒星的极其详尽的信息，尤其是关于它们化学成分的信息。 　 　通过对合成光谱的仔细研究，天文学家们能够确定，蓝色恒星的“金属丰度”要比红色恒星高出一倍，这是令人难以置信的结果。目前的恒星模型告诉我们，颜色 越红的恒星金属丰度应该越高。 氦是宇宙中含量第二多的化学元素，仅次于氢。太阳包含着大约70%的氢和28%的氦。剩余的大约2%是由比氦更重的元素组成的，它们统称为“金属”。 　 　天文小组的另一位成员说，他们现在只能用“在ω星团中存在着两种氦丰度不同的星族”这一结论来解释这一矛盾现象。尽管红色恒星拥有正常的氦丰度，但偏蓝 色恒星中氦元素的丰度却比其他的星族至少多出50%！这些恒星由此成为迄今发现的氦含量最丰富的恒星，氦含量居然高达39%！这是一个耸人听闻的数字。银 河系将氦元素丰度从最初的24%（大爆炸所产生的）提升到现在的28%，所用的时间大约是80亿年。而在一个形成于大爆炸之后10到20亿年的球状星团 中，是什么神奇的力量能将恒星的氦含量提升到39%呢？ 　　 　　氦含量超标之谜能否解开 　　 　 　ω星团中存在着大量的氦元素含量大大超标的蓝色恒星，我们不禁要问：“这些氦元素都是从哪里来的？” 这也正是令天文学家牵肠挂肚的难题。该天文研究小组认为问题的解答应该与超新星有关，“高丰度的氦元素可能是由大质量恒星的超新星爆发产生的。半人马座ω 星团的总质量很可能只允许特大质量超新星的抛射物质逃出星团，而大约10～12倍太阳质量的恒星爆发的产物却被保留了下来。”他们说，这也许是能够解释这 个谜团的一个思路。 　 　假如这一结论可以成立，那么，半人马座ω星团一定是经历了两代恒星的形成过程。最初，一场剧烈的恒星形成过程发生了，具有原始氦丰度的偏红色星族的所有 恒星都是在此时形成的。与其他普通恒星一样，这些恒星通过核聚变将氢转化为氦。几千万年之后，第一代恒星中质量最大的恒星发生了超新星爆炸。由10～12 倍太阳质量的超新星抛射出的富含氦元素的物质“污染”了球状星团，使球状星团中星际介质的氦含量大大增加。此后，第二代恒星，即偏蓝色的星族，才从富含氦 元素的星际气体中产生出来。 　　科学家们承认一些问题仍然存在。对于这个不同寻常的球状星团，现在做出任何结论都还为时尚早。无论如何，ω星团中蓝色恒星氦含量超标的发现，为深入了解大型恒星系统中恒星形成的过程，提供了重要的新线索。 　 　半人马座ω星团是银河系球状星团之中星族情况最复杂的一个。它的巨大质量表明，这是一个介于球状星团和更大恒星系统，例如星系之间的过渡类型。从这个意 义上来说，半人马座ω星团对于研究恒星形成演化历史，是个非常有用的“天然实验室”。为什么银河系的球状星团中，只有半人马座ω星团才能产生出氦丰度超丰 富的恒星？其他球状星团中是否也会有氦含量超标的恒星存在呢？相关的一系列宇宙之谜都在等待人们进一步去探索，去琢磨。 　　半人马座ω星团中，蓝色和红色星族的平均光谱。每条光谱都是17颗不同恒星光谱的叠加，总曝光时间为204小时。图中标出了一些元素的谱线位置。两条光谱的区别是显而易见的。详细的分析表明，“蓝色”的谱线对应的重元素含量比“红色”谱线更多

文章作者:温学诗
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