哈勃太空望远镜拍下了一个由粒子组成的星系大杂烩

哈勃太空望远镜拍下了一个由粒子组成的星系大杂烩

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Every now and then, the NASA/ESA Hubble Space Telescope glimpses a common object — say, a spiral galaxy — in an interesting or unusual way. A sharply angled perspective, such as the one shown in this Hubble image, can make it seem as if we, the viewers, are craning our necks to see over a barrier into the galaxy’s bright center. In the case of NGC 3169, this barrier is the thick dust embedded within the galaxy’s spiral arms. Cosmic dust comprises a potpourri of particles, including water ice, hydrocarbons, silicates and other solid material. It has many origins and sources, from the leftovers of star and planet formation to molecules modified over millions of years by interactions with starlight. NGC 3169 is located about…

哈勃和斯皮策揭露中等大小行星大气层的面纱

哈勃和斯皮策揭露中等大小行星大气层的面纱

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美国国家航空航天局（NASA）的两架太空望远镜（哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜）共同协作，首次识别出一个大小介于地球和海王星之间的行星的详细化学“指纹”。在太阳系中找不到这样的行星，但它们在其他恒星周围却很常见。 这幅画家笔下的插图展示了系外行星GJ 3470 b理论上的内部结构，它不同于太阳系中发现的任何行星。这颗行星的质量是地球的12.6倍，比地球大，但比海王星小。与距离太阳30亿英里的海王星不同，GJ 3470 b可能是在距离其红矮星非常近的地方形成的一个干燥的岩石天体。然后在引力的作用下，它将氢气和氦气从环恒星盘中吸附过来，形成了一个较厚的大气层。该环恒星盘在数十亿年前就消散了，行星也停止了生长。下方的插图显示了环恒星盘系统很久以前可能的模样。NASA的哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜对GJ 3470 b清澈且厚实的大气的组成进行了化学分析，发现了关于该行星起源的线索。在我们的星系中存在许多这种质量的行星。 版权：NASA、欧洲航天局（ESA）和L. Hustak（太空望远镜科学研究所，Space Telescope Science Institute，缩写为STScI） Gliese 3470 b 行星（也被称为GJ 3470 b），大小介于地球和海王星之间，有一个巨大的岩石内核深埋在氢和氦的高压大气中。该行星的重量等同于地球质量的12.6倍，比地球大，但比海王星小（海王星质量大于地球质量的17倍）。 NASA的开普勒太空望远镜发现了许多类似的星球，该望远镜的任务于2018年结束。事实上，我们星系中80%的行星可能都落在这个质量范围内。然而，研究人员表示，直到现在天文学家才能够了解这样一颗行星的化学性质 通过列出GJ 3470 b大气层含量的清单，天文学家们可以发现关于这颗行星的性质及起源的线索。 加拿大蒙特利尔大学的比约恩•本内克（Björn Benneke）表示：“从行星形成的角度来看，这是一个重大发现。该行星的轨道离恒星非常近，质量远远小于木星（木星质量是地球质量的318倍），但它成功地累积了原始的氢/氦大气，这些大气基本上没有受到较重元素的污染。太阳系里没有这样的天体，而这就是它引人注目之处。” 天文学家利用NASA的哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜的多波长综合能力，对GJ 3470 b的大气层进行了首次研究。 研究通过测量GJ 3470 b行星经过其宿主恒星前方（凌日）时的星光吸收以及行星经过其宿主恒星后方（日食）时的反射光损失来实现。太空望远镜总共观测到12次凌日和20次日食。基于光分析化学指纹的科学被称为“光谱学”。 Benneke表示：“这是我们第一次得到关于这样一个星球的光谱特征。”但他不知道该如何对该星球进行分类，它是应该被称为“超级地球”还是“亚海王星”？或者其他什么名称? 凑巧的是，GJ 3470 b行星的大气层基本是清澈的，只有稀薄的薄雾，这使得科学家们能够对大气层进行深入探测。 [rml_read_more] Benneke说：“我们预计大气层中含有大量较重元素，如氧和碳，它们正在形成丰富的水蒸气和甲烷气体，正如我们在海王星上所发现的那样。相反地，我们实际上发现大气中重元素含量其实非常低，其构成类似于太阳富含氢/氦的构成。” 其他被称为“热木星”（Hot Jupiter）的系外行星被认为是在离其宿主恒星很远的地方形成的，随着时间的推移，它们会逐渐迁移到离宿主恒星更近的地方。但Benneke表示，这颗行星似乎就是在其当今所处位置上形成的。 根据Benneke的说法，最合理的解释是GJ 3470 b诞生于其红矮星附近，该红矮星的质量大约是太阳的一半。他假设，GJ 3470 刚开始的时候本质上是一块干燥的岩石，在其宿主恒星非常年轻的时候从原始的气体盘中迅速地吸收了氢。该圆盘被称为“原行星盘”。 Benneke表示：“我们发现的这个天体能够从原行星盘中吸收氢，但并没有发展成一颗热木星。这是一个非常有趣的体系。” Benneke说：“一种可能的解释是，在行星进一步膨胀之前，该圆盘就已经消散了。因此这颗行星停止生长而成为了一颗亚海王星。” NASA即将发射的詹姆斯•韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）将能够探测到GJ 3470 b更深处的大气层，这要归功于詹姆斯•韦伯太空望远镜对红外线的空前敏感度。研究詹姆斯•韦伯太空望远镜上仪器的美国和加拿大团队已经对这一新发现已经产生了极大兴趣。他们将对GJ 3470 b在大气雾霭变得越来越透明的波长下的凌日和日食进行观测。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA合作的一个国际项目。NASA位于美国马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理哈勃太空望远镜。位于美国马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所负责哈勃太空望远镜的科学运作。STScI是由位于华盛顿特区的联合大学天文学研究机构为NASA进行运作。 位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室为位于华盛顿特区的NASA科学任务理事会管理斯皮策太空望远镜任务。位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院的斯皮策科学中心负责科学运作。太空行动总部设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德•马丁航天航天系统公司。数据存档于加州理工学院红外线过程分析研究中心（IPAC）的红外科学档案馆。加州理工学院为NASA管理喷气推进实验室。 来源：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/atmosphere-of-mid-size-planet-revealed-by-hubble-and-spitzer

哈勃太空望远镜拍摄的M96

哈勃太空望远镜拍摄的M96

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2019 June 12 哈勃太空望远镜拍摄的M96 图片来源：NASA, ESA, Hubble 图片处理和版权：Leo Shatz 说明：在这幅呈现美丽岛宇宙中央的彩色细致影像中，尘埃带似乎环绕着M96的核心旋转。当然，M96是一个旋涡星系，算上延伸到较明亮中央区域之外的模糊旋臂，它的跨度约为10万光年，相当于我们银河系的大小。M96也被称为NGC 3368，距离我们约3500万光年远，是狮子座I星系群的主要成员。这幅特征影像是由哈勃太空望远镜拍摄的。M96的不对称性原因尚不清楚，它可能是由与其他狮子座I星系群的引力相互作用引起的，但缺少星系之间的漫射辉光，这似乎表明近来没有发生相互作用。仔细观察这幅影像的边缘，你就能发现背景中的遥远星系。 Spiral Galaxy M96 from Hubble Image Credit: NASA, ESA, Hubble; Processing & Copyright: Leo Shatz Explanation: Dust lanes seem to swirl around the core of Messier 96 in this colorful, detailed portrait of the center of a beautiful island universe. Of course M96 is a spiral galaxy, and counting the faint arms extending beyond the brighter central region, it spans 100 thousand light-years or so, making it about the size of our own Milky Way. M96, also known as NGC 3368, is known to be about 35 million light-years distant and a dominant member of the Leo I galaxy group. The featured image was taken by the Hubble Space Telescope. The reason for M96’s…

来自哈勃的斯蒂芬五重奏

来自哈勃的斯蒂芬五重奏

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2019 June 3 来自哈勃的斯蒂芬五重奏 图片来源：NASA, ESA, Hubble; Processing: Daniel Nobre 说明：这些大星系是什么时候开始跳舞的?事实上，斯蒂芬五重奏中的五个中只有四个被锁定在一个反复发生在3亿光年之外的近距离碰撞的宇宙探戈中。在哈勃太空望远镜最近重新处理过的这幅图像中，我们很容易就能发现一些奇怪的星系——相互作用的星系，NGC 7319、7318B、7318A和7317(从左到右)，它们的颜色偏黄。它们还倾向于在破坏性引力潮汐的影响下生长扭曲的环和尾巴。大部分偏蓝的星系，位于左前下方的大型星系NGC7320，距离其它三个星系大约4000万光年，因此不属于相互作用的星系。数据和建模表明，NGC 7318B是一个相对较新的入侵者。最近发现的围绕着斯蒂芬五重奏的古老红星光环表明，这些星系中至少有一些已经相互作用超过10亿年。斯蒂芬五重奏可以通过一个中等大小的望远镜朝着朝着飞马星座(天马座)方向看到。 Stephan’s Quintet from Hubble Image Credit: NASA, ESA, Hubble; Processing: Daniel Nobre Explanation: When did these big galaxies first begin to dance? Really only four of the five of Stephan’s Quintet are locked in a cosmic tango of repeated close encounters taking place some 300 million light-years away. The odd galaxy out is easy to spot in this recently reprocessed image by the Hubble Space Telescope — the interacting galaxies, NGC 7319, 7318B, 7318A, and 7317 (left to right), have a more dominant yellowish cast. They also tend to have distorted loops and tails, grown under the influence of disruptive gravitational tides. The mostly bluish galaxy, large NGC 7320 on the lower…

哈勃29岁生日贺图：南蟹状星云

哈勃29岁生日贺图：南蟹状星云

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为庆祝NASA哈勃太空望远镜发射29周年，天文学家们捕捉到了色彩斑斓的南蟹状星云（Southern Crab Nebula）。 这个星云（正式名称为Hen 2-104）位于南半球的半人马座（constellation of Centaurus），距地球数千光年。它看起来有两个嵌套的沙漏形结构，由双星系统中的一对旋转的恒星“雕刻”而成。这对组合有一颗老化的红巨星（red giant）和一颗“已凉”的白矮星（white dwarf）。红巨星外层正在脱落，有一些会被白矮星的引力吸过来。 结果是，两颗恒星都嵌在它们之间气体构成的盘（disk）中。这层物质带限制了气体的流出，使其只能在盘上方或下方加速离开，便形成了沙漏状的星云。 由气体和尘埃构成的气泡在边缘看起来最亮，给人一种“蟹腿”的错觉。这些“腿”可能是流出物质撞击周围星际气体和尘埃的地方，也可能是红巨星早些时候脱落的物质。 [rml_read_more] 上图描绘了由南蟹状星云的沙漏结构，由中心的双星喷射出一对巨大的双极气泡形成。气体分散得太稀薄，无法拍摄沙漏的整个形状。相反，气泡在边缘看起来最亮，给人一种“蟹腿”结构的错觉。两颗恒星很可能镶嵌在一个“物质盘”中，盘状结构限制并引导系统中的气体流出。盘状结构同时也发出了双射流，当它们猛烈撞击星际物质时，便在远离系统的地方形成结状（knots）。 Credits: NASA, ESA, and A. Feild (STScI) 这种“流出（outflow）”可能只持续几千年，只是系统寿命的一小部分。这意味着，外部结构可能只有几千年的历史，但内部的沙漏结构一定是最近的流出事件。这颗红巨星最终会塌缩（collapse）成白矮星。之后，这对白矮星将照亮一层气体，叫做行星状星云（planetary nebula）。 这个系统最初被发现是在上世纪60年代末，人们认为它是一颗普通的恒星。1989年，天文学家们利用智利欧洲南方天文台（European Southern Observatory）的拉西拉天文台（La Silla Observatory）拍摄到了由对称气泡形成的星云，大致呈蟹状。 哈勃在1999年拍摄了这个星云，揭示了它复杂的嵌套结构。这些最新的图像是在2019年3月拍摄的，使用了哈勃最新、最清晰的探测器第三代广域照相机（Wide Field Camera 3）上的各种滤色镜（color filter）。这是一张合成图，包含星云中各种颜色的发光气体：红色是硫、绿色是氢、橙色是氮、蓝色是氧。 上图说明了哈勃太空望远镜的光谱观测如何用于研究南方蟹状星云的化学组成。被这对恒星的辐射激发后，这些元素（氢、硫、氧、和氮）分别发出不同颜色的光。 Credits: NASA, ESA, and J. DePasquale (STScI) 哈勃于1990年4月24日在发现号航天飞机（space shuttle Discovery）上发射。不受地球大气层扭曲作用（distorting effects）的影响，哈勃望远镜以近紫外（near-ultraviolet）、可见（visible）、和近红外（near-infrared）光观察宇宙。在过去的29年中，太空望远镜的突破性发现几乎彻底改变了天文学（astronomy）和天体物理学（astrophysics）的所有领域。哈勃有许多具有里程碑意义的成就，其中包括制作不断演化的宇宙的深空视图，在附近的恒星周围找到行星形成的圆盘，化学探测绕行其他恒星的行星大气层，识别出邻星系中心的第一个超大质量黑洞，以及提供宇宙加速膨胀的证据（可能由太空结构中某些未知能量来源驱动）。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA（欧洲航天局）的国际合作项目。NASA的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃的科学运营。STScI由华盛顿特区的大学天文研究协会（AURA）为NASA运营。 有关南蟹星云和哈勃望远镜的图像，视频和更多信息，请访问： http://hubblesite.org/news_release/news/2019-15 https://www.nasa.gov/hubble https://www.spacetelescope.org/news/heic1907

我们的银河系有多重？

我们的银河系有多重？

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横幅图片：此图显示了我们银河系的基本结构：螺旋盘（spiral disk），中心核球（bulge），以及恒星和球状星团的漫射晕（diffuse halo）。银河系周围的大量暗物质晕并没有显示。 Credits: NASA, ESA and A. Feild (STScI) 我们没法称出整个银河系的质量，但是天文学家已经能使用NASA的哈勃太空望远镜和欧洲航天局的盖亚卫星（Gaia satellite），对我们银河系的质量进行准确的测量。 根据最新的测量数据，银河系大约有1.5万亿太阳质量（solar mass，太阳质量约为2*10^30kg）。这其中只有很小一部分来自银河系中大约2000亿颗恒星和中心一个400万太阳质量的超大质量黑洞。大部分质量来自暗物质，一种“看不见”的神秘物质，就像宇宙中的脚手架一样，将恒星保持在它们的星系中。（我们为什么知道暗物质的存在呢？请看文末） [rml_read_more] 左边是哈勃太空望远镜拍摄的一部分球状星团NGC 5466的图像。右边的动图对比了相隔十年拍摄的哈勃图像以计算星团的速度。背景中的网格有助于显示前景星团（位于52,000光年之外）中的恒星运动。注，背景星系（分别位于中间右上和中间左下）似乎没有移动，因为它们距离我们数百万光年之远。 Credits: NASA, ESA and S.T. Sohn and J. DePasquale (STScI) 早在几十年前的研究就使用了各种观测技术来估算我们银河系的质量，估计值在5000亿到3万亿太阳质量之间。改进后的测量值接近这个范围的中间。 太空望远镜科学研究所（STScI，位于马里兰州的巴尔的摩）的Roeland van der Marel说：“我们希望更准确地了解银河系的质量，以便我们可以将其置于宇宙学背景中并与星系演化模拟进行比较。不知道银河系的精确质量会为许多宇宙学问题带来问题。” 与宇宙中的其他星系相比，新的质量估计使我们星系置于较大的一边。最轻的星系大约有10亿个太阳质量，而最重的则有30万亿（是轻的30,000倍）。银河系的质量（1.5万亿太阳质量）对于其亮度的星系来说是相当正常的。 天文学家使用哈勃望远镜和盖亚卫星来测量球状星团的三维运动，球状星团（globular clusters）就像个孤立的球形岛，每个都包含数十万颗恒星，每颗恒星围绕我们银河系的中心运行。 虽然我们并看不到，但暗物质是宇宙中物质的主要形式，我们可以通过它对像球状星团这样的可见物质的影响来衡量它的质量。星系质量越大，其中的球状星团在重力作用下运动得越快。大多数先前的测量一直沿着到球状星团的视线，因此天文学家知道球状星团接近或远离地球的速度。然而，哈勃和盖亚记录了球状星团的侧向运动，从中可以计算出更可靠的速度（因此也可以计算重力加速度）。 哈勃望远镜和盖亚的观测是互补的。盖亚卫星专门用于在整个银河系中创建精确的天文物体三维地图并跟踪它们的运动。它进行了精确的全天测量，包括许多球状星团。哈勃望远镜的视野较小，但它可以观测较暗的恒星，因此可以看见更远的星团。这项新研究用了盖亚测量的65,000光年内的34个球状星团，以及哈勃从10年间拍摄的图像中获得的130,000光年内的12个星团。 当盖亚和哈勃望远镜的测量结果结合，天文学家可以估算出银河系距地球近100万光年内的质量分布。 “我们从宇宙学模拟得知星系中质量的分布应该是什么样的，因此我们可以计算出这种推断对于银河系的准确程度，”欧洲南方天文台（European Southern Observatory，位于德国加兴）的Laura Watkins说。她是这次哈勃/盖亚研究的第一作者，该论文将发表在《天体物理学杂志（The Astrophysical Journal）》上。这些计算基于盖亚和哈勃望远镜对于球状星团运动的精确测量，使研究人员能够确定整个银河系的质量。 银河系中最早的“住户”，球状星团包含已知最古老的恒星，可追溯到大爆炸后的几亿年内。它们形成于银河系螺旋盘之前，我们的太阳系就在螺旋盘上。 “由于它们的距离很远，球状星团是一些最好的示踪剂（tracers），天文学家可以测量星系周围暗物质的巨大质量，它们的分布远远超出星系的螺旋盘，”STScI的Tony Sohn说道，他领导了哈勃的测量。 本研究中的国际天文学家团队包括Laura Watkins（欧洲南方天文台，位于德国加兴）、Roeland van der Marel（太空望远镜科学研究所和约翰霍普金斯大学天体物理科学中心，位于马里兰州巴尔的摩）、Sangmo Tony Sohn（太空望远镜科学研究所，位于马里兰州巴尔的摩）和N. Wyn Evans（剑桥大学，位于英国剑桥）。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间的国际合作项目。NASA的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜，太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃科学运营。 STScI由华盛顿特区天文研究大学协会为NASA运营。 暗物质的观测证据： 1. 星系自转曲线（Galaxy Rotation Curves） Credit：Van Albada et al. (左), A. Carati, via arXiv:1111.5793 (右). 上图是星系NGC 3198中恒星轨道速度vs距星系中心的距离。右图第一条曲线上的点是观测值，第二条是理论曲线（左图类似）。根据经典力学，当恒星离中心越远，它们的速度变慢。但观测表示，随着离星系中心的距离增加，恒星的轨道速度基本不变，说明有我们看不见的质量来维持这个速度，而且暗物质的分布远超出于我们看的见的星系的边界。 2. 子弹星系团（The Bullet Cluster） Credit：NASA 上图是两个星团由于引力相互靠近并发生碰撞后的合成图片。紫色部分是哈勃望远镜通过引力透镜（gravitational lensing，即光通过引力而弯曲，弯曲程度取决于引力场的强弱，从而可估算质量分布）检测到的星团质量，粉色部分是钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）检测到的X射线。这两个质量中心并不重合：X射线来自于“热气体（hot gas），”碰撞使它们相互作用；而引力透镜检测到的暗物质并不相互作用，它们直接穿过对方，并不像表示气体质量的粉色部分还在“纠缠”。 除了这两个，暗物质的观测证据还包括星系团（Galaxy Clusters）、宇宙微波背景 （CMB，Cosmic Microwave Background）、大尺度结构的形成（Large-Scale Structure Formation）等。 参考： [1]https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/what-does-the-milky-way-weigh-hubble-and-gaia-investigate [2]https://apod.nasa.gov/apod/ap170115.html