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球狀星團的秘密 (I. Blue Stragglers)

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發表於 2010-9-7 14:52:20 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 mca 於 2010-9-9 22:50 編輯

M13 是北天最亮的球狀星團,亮度 +6 等,大小如半個月球視直徑。多年前我在市區用老爺相機經 SCT 影 M13,曝光一分鐘已見效果,說明它是易觀的對象,現在日落後它仍在天頂附近,10 pm 西沉至 35 度,到了 11 月它便失去觀測性了。另一個 Omega Centaurus 也是燦爛的球狀星團,可惜在本地它不會高過 20 度,觀感上反而不及 M13。  


        


從哈勃望遠鏡所見,M13 的星多到數不清 (圖二),保守估計五十萬顆,最密處每隔 1/2 光年就有一顆,因此星團內絕對是滿天星斗,在這樣緊密的空間,星際間的引力怎樣  "鬥爭" 呢 ?  大家未必留意,但 "哈勃" 就見過了 ......


        


在圖二的哈勃相片中,大量偏紅光點都是 M13 內的老星,那些少數藍點正是星際引力鬥爭的產物,天文學家稱之為 Blue Stragglers,國內譯作 "藍離散星",其意義與赫羅圖有關。顧名思義,Blue Stragglers 是藍色的星,通常藍色象徵大質量,温度較高或新生的主序星,不過它們的主序壽命很短,照計不應在老年的球狀星團存在,但實際上它們卻出現了。如果把它們的光度和顏色指數標在赫羅圖上 (例如圖三),它們都貼近主序,位置恰好在 脫離主序點 之左上角,即是傾向橫軸的藍端,這是十分奇妙且反常的現象,因為正常的星團成員都會通過相應的脫離點從主序移向紅巨星範圍,Blue Stragglers 卻不跟隨大隊走向紅巨星,故此稱 "藍離散星"。


        


為什麼出現藍離散呢 ?  目前有兩個模型解釋:

1.     直接碰撞論 --- 星團中心的密度很大,當平衡失調時便觸發局部的重力塌縮,結果星與星互撞,碰撞使雙方熔合,再脫胎換骨成為單一 "新生" 的星,它的特性近似藍色的主序星,質量較未撞前更大,大約是參與碰撞體的質量之和。

2.    雙星演化論 --- 藍離散星的前身是雙星系統,在星團內其實雙方已經很接近了,但未至併合程度。偶然星團出現局部重力塌縮,兩星因此拉得更近,其中一星變成 "吸血殭屍"  (該星可能是較大質量的星骸,例如白矮星或中子星),一有機會便把對方的氫吸納為己用,氫是核動力之源,結果殭屍又重振活力,表面温度再次提升像新生的藍星,有道行的彊屍甚至吸血後把對方整體 "拆骨",改頭換面後變成全新大質量的藍星。


兩個理論各有觀察數據支持,但也有缺點,請參閱 Nature 雜誌 Jan 2009
http://www.nature.com/nature/jou ... bs/nature07635.html。 圖四概括了這些理論重點。


        


--------------
其他參考:

What are "blue stragglers" in globular clusters?  
http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=297

Blue stragglers can be either vampires or stellar bad-boys
http://www.universetoday.com/483 ... r-stellar-bad-boys/

Blue Stragglers in Globular Clusters  http://www.solstation.com/x-objects/bluestrag.htm

A student project on blue stragglers  http://www.mso.anu.edu.au/~jerje ... /bluestraggler.html
發表於 2010-9-8 02:54:49 | 顯示全部樓層
Dear Alan,關於球狀星團,我也想分享一些。

曾聽聞過天文學家觀察過幾個河外星系的球狀星團,發現M31和M 33的球狀星團之年齡分佈較銀河系的分散,
即它們同時擁有年輕和年老的球狀星團,有些像銀河系中的球狀星團一樣老,年齡超過120億年,有些則只有數十
億歲,另外在碰撞星系NGC 4038,4039發現了許多非常年輕的超星團,這些星團的密度,星數與球狀星團差不多,,天文學家說這些超星團可能會演化成今天存在於銀河系的年老球狀星團。

另外哈勃望遠鏡也觀察過室女座星系團裡的球狀星團,發現位於星系團中心的
幾個巨橢圓星系和矮星系擁有特別多的球狀星團,例如M87就擁有約17000個,
他們說球狀星團好像多形成於星系較擠湧的地方,這些星系曾過去曾劇烈地形成恆星,
,因這些地方擁有較多黑暗物質,引力塌崩較強勁。

總括來說球狀星團似乎誔生於產星活動激烈的區域。

WFC-3
 樓主| 發表於 2010-9-8 15:47:28 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2010-9-8 22:26 編輯

Dear WFC-3,

我也謝謝你的分享。

球狀星團的確是奇妙的天體,在銀河系的球狀星團年齡一般都有 100 億年或以上,與 "可見宇宙" 的年齡相差不遠,它們的數量也少 (~ 200 個),但在河外星系所見未必如此,你所說的幾個球狀星團都是在河外星系的。遙遠星系裡的球狀星團不易觀測,交代結論往往摸棱兩可,令人眼花瞭亂,不過這些理論都圍繞着 球狀星團有 "藍離散星"、毫秒脈沖星 低能 X 射線源 而展開的。"藍離散星”剛剛談過,毫秒脈沖星可能是中子星受外力干擾的現象,低能 X 射線源可能是雙星某一方吸積對方物質時出現的輻射現象,這些現象都不能用傳統的主序星 - 巨星演化理論解釋,所以近年科學家又提出 "星系併合可產生球狀星團" 之說,此說的高潮代表是 NGC 1818  (編號好易記得 ),它在我們鄰居 LMC (大麥哲倫雲) 內,所以較易觀測,研究者說 NGC 1818 的年齡低至 0.2 ~ 0.4 億年,比傳統的球狀星團年輕幾百倍 ! 過往我們一直知道 LMC 有年老及年輕的星團共存,NGC 1818 只是年輕中較出眾的,HST 有了它的照片後便引為傳媒話柄。依此思路,LMC 應是 "頻密演化" 中的年輕星系, "頻密演化" 由星系併合蓄成,難怪一些天文學家懷疑銀河系也是星系併合而來的,不過這些都是懷疑,還末有肯定。


NGC1818 圖片    http://apod.nasa.gov/apod[url]http://www.astronomy.com/asy/default.aspx?c=a&id=6877/ap080806.html[/url]


Chandra X-ray 望遠鏡 對 球狀星團的研究
http://www.astronomynow.com/Oldg ... prisinglyyoung.html
http://www.astronomy.com/asy/default.aspx?c=a&id=6877
 樓主| 發表於 2010-9-9 16:03:41 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2010-9-9 16:24 編輯

(This note written 10 years ago, like to share it here.)


M13 Globular Cluster at visual and IR wavelengths

Location:  Hercules    RA 16h 41.7m    Dec +36° 28'.
Distance 25,000 light years           Visual Magnitude 5.8     
Apparent diameter ~20 arcmin       True diameter ~140 light years


        
                        

In the near-infrared image by 2MASS* (wavelength 1 – 2 microns), we see many more stars than the visible-light image, because globular clusters in the Galaxy comprise primarily of old stars in which the peak emission is near-infrared.

In the mid-infrared (12 microns), the relatively poor spatial resolution of the IRAS** detectors results in the smearing of the light from M13 into a central blob. Note that this emission is not spherically symmetric like the underlying star cluster itself. This is an artifact resulting from the rectangular shape of the IRAS detectors. (If these detectors were square instead, the image would be circularly symmetric.)

In the far-infrared image taken at 60 microns with IRAS, M13 has vanished !    This is because globular clusters generally have no young stars and very little dust. Young stars and dust do not emit infrared longer than about 30 microns.


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*  2MASS = The Two Micron All-sky Survey. It last from 1997 to 2001 at two 1.3 m telescopes located one each in the northern and southern hemispheres.

**  IRAS = Infrared Astronomical Satellite, a joint US-Dutch-British satellite launched in 1983, which made a sky survey at wavelengths of 12, 25, 60 and 100 microns. It carried a 57-cm RC telescope and an array of detectors cooled to ~10 K by liquid nitrogen. It served for 10 months.
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