滿天星空煙火處處放 

文/陳輝樺

 自從哈柏望遠鏡和歐洲紅外光望遠鏡陸續上了太空且發揮功能後,它們強大的影像解析能力,開啟了人類在外太空的視野,它們不斷地揭開宇宙起源的神秘面紗、星系結構的精巧面貌和星球一生的演化奧秘。

 在星球一生演化過程中,產生了精彩的轉折變化,如恆星的誕生、超新星爆發(圖1、2)、白矮星或是中子星、黑洞(圖3)等階段,都有令人激賞讚嘆的「星球噴流」演出。這些不同階段的共同特徵是位於星球兩極會有向外太空進行大量噴流的現象(圖4),彷如在寂靜廣大的太空中施放煙火。

 從1997年底美國太空總署所發布的一系列星雲照片,可以看出以往我們所觀測到千變萬化的星雲外觀,原來是來自於星雲中心旋轉中的星球在各個不同階段之噴流所造成的壯麗景觀。甚至現在仍然迷惑著天文物理學家的X光、伽瑪射線、伽瑪射線爆發(圖5)和類星體等發生源的問題,其可能是星球兩極巨大噴流所造成的現象。例如,高速旋轉的中子星,在它們的南北兩極處會因強烈的磁場而輻射出X光,又因它們的旋轉軸和從地球看到它們的方向有視角差,所以我們在星空中能夠看到這些規律發出X光的星體,因此又稱它們為「波霎」。

 當然,在星球演化過程中的每一個階段的溫度都有所差異,所以我們在觀測時所用的電磁波頻率也該有所不同。例如,新恆星的誕生和恆星爆發後的雲氣,溫度較低呈紅色,所以可以用無線電波和紅外光觀測得到。另外,可以用紫外光和X光來觀看超新星爆發的核心和它輻射出來的高能量的電磁波。因此,我們可以用不同的觀測方式看到各種不同恆星放煙火的景觀。

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圖1.1987年發現在大麥哲倫星系的超新星爆發(supernova)(定名為SN 1987A),經過十多年來的觀測,發現它向兩極方向所噴流的大量物質,其速度可高達每秒約1萬5千公里(如圖左所示),大量且高速的物質流動所產生的振波(shock wave)(如圖中)造成了鄰近的恆星發出強烈的X光和無線電波(如圖右的右上角所示)。
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圖2.哈柏太空望遠鏡發現位於武仙座方向的宇宙深處,距離我們約6百億光年外的一次巨大超新星爆發,從1997年5、6月間前後的照片顯示,可以看出這次突然出現的巨大超新星爆發之威力,目前尚不清楚它的成因。

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圖3.(圖左)1997年9月10日哈柏太空望遠鏡利用紫外光攝得位於活躍星系NGC 6251 中心處有一顆周遭已空無一物而裸露於太空中的黑洞正在噴流的情景。 (圖右)依據愛因斯坦在1911年提出的彎曲時空的「廣義相對論」,模擬所繪出黑洞兩極的噴流及噴流造成黑洞周圍時空的拖曳現象。

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圖4.1997年底美國太空總署發布哈柏太空望遠鏡所拍得的一系列照片,顯示各種星雲由垂死星球的兩極陸續向外進行超熱噴流和星球高速自轉所構成的壯觀景象。從星球中心噴射出的每股氣流在星球的反方向也有對稱的氣流呈現。

 

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圖5.位於大熊座方向距離我們約120億光年處,發現了一個目前已知最大能量之伽瑪射線爆發(定名為 GRB 971214),它每秒鐘釋放出的能量約相當於宇宙所有星球所釋出的能量總和,比太陽100億年所釋出的總能量超出100倍。(注意圖中央的差異處,如15日出現的亮點,在16日以後再也看不到它的蹤跡。)