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2017-5-15

哪颗恒星将猎户星云点亮?

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 9:48 pm

猎户星云算得上是名气最大、被关注最多的发射星云之一,也是北天一处著名的恒星形成区,人们已经在其中发现了多颗形成中的恒星。这片星云本质上由电离氢(HII)组成,实际上正是氢原子的Hα辐射将星云染上了鲜红的色彩。多年来,众多的研究者一直在试图弄清其中的结构以及电离光子的来源。由于星云中的猎户四边形星团成员星极为明亮,一般大家都认为它们(尤其是其中最亮的C星)就是将星云中心区域电离的主导。不过前些日子发表的一篇论文详细分析了这种论断,发现实际情况可能要更加复杂。

猎户星云的光学影像。图片提供:Anglo-Australian Observatory

猎户四边形身居猎户星云的核心地带,是一个紧凑而年轻的疏散星团,属于更庞大的猎户星云星团的一部分。四边形的外轮廓不太规则,它直接形成于星云之中,5颗主要成员星质量都介于太阳的15到30倍之间,其中最明亮的C星有着5.13等的视星等,在良好的条件下肉眼可见;而A星和B星都是颇有意思的食双星。四边形周边是星云电离度最高的区域,向外则电离成分比例有所下降,所以认为它们将猎户星云点亮并没有什么疑问。问题在于:哪颗恒星的贡献更大一些?

猎户四边形的光学(左)和红外(右)影像。图片提供:光学:NASA; C.R. O’Dell and S.K. Wong (Rice University);红外:NASA; K.L. Luhman (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Mass.); and G. Schneider, E. Young, G. Rieke, A. Cotera, H. Chen, M. Rieke, R. Thompson (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Ariz.)

星云核心地带的复杂结构让这个问题变得较为棘手。这里有着凹陷的不规则电离气体层、亮条(Bright Bar)、含有年轻恒星的南猎户中性云、前景中的部分电离薄层,还存在一道将星云同背景中更加庞大的分子云划分开来的电离波前。电离波前本身又根据接收到的星光辐射不同,有着不同的电离度,分为不同的层次:在最靠近电离恒星的区域,氢、氦元素都是一次电离的,而氧元素为二次电离;更远处则只有氢元素被电离,氦元素保持中性,却又额外冒出了一次电离的氮元素。

文章作者使用了两种相互独立的方法来探讨电离光子的来源:借助不同区域的谱线流量,还有针对原行星盘电离边界的观测。先说前一种。由于不同的电离区域可以根据相应元素不同的谱线来示踪,各条谱线的相对强度就说明了恒星的温度、电离光子密度相对氢元素密度的比例(电离参数)等物理量。通过考察不同区域的谱线相对强度,并将其与某颗特定恒星的电离预期效果作比较。其结果是,在星云最中心区域,四边形的C星确实发挥了主导作用,但是A星的作用也不容忽视:下图的7个考察点中,位于亮条外围D处的电离过程就是以A星的星光为主的。

猎户四边形的Hα影像,其中带有字母的方框标出了分析谱线相对强度时使用的7个区域的位置,而插入小图为这项工作涉及的原行星盘的所在。图片来源:O’Dell et al. (2017)

至于原行星盘,它们是刚刚形成的恒星四周的物质盘面,如果指向合适,地球上的观测者就可以看到它们的侧影。由于盘面周围包裹着更辽阔的气体尘埃云,附近的大质量恒星可能会在其中塑造出电离波前,看上去就是一道朝向电离星的亮弧。论文作者选择的原行星盘位于A、C两星附近,虽不全面,但也足够说明这两颗恒星的影响范围。使用这种方法给出的结论与谱线流量比大体相似,但又略有不同,这可能要归结为考察目标在三维空间中的位置关系所致。比如上图中的盘面196.6-422.6,它与A星的位置很可能比图中让人感觉的更近。

猎户星云中的若干原行星盘。图片提供:C. R. O’Dell/Rice University; NASA

总的来说,先前对猎户四边形C星角色的猜测是大差不差的;而这A星扮演的角色,也为星云的三维结构带来了新知。如果能将类似的方法用到其他近距离HII区上面,也有望描绘出更多星云的内在本质。

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