通过射电望远镜(如VLA)和红外望远镜(如斯皮策太空望远镜)的观测,天文学家推断鹰状星云的真实结构是一个直径约100光年的巨大分子云复合体。其核心区域(称为“鹰心”)被几颗O型和B型大质量恒星(如HD )照亮,这些恒星的温度高达3万至5万开尔文,亮度是太阳的数万倍,构成了电离区的能量来源。
2.2 从“模糊斑块”到“恒星幼儿园”:鹰状星云的发现史
鹰状星云的现代研究始于20世纪中期。1950年代,天文学家利用帕洛玛天文台的48英寸施密特望远镜拍摄到了它的可见光图像,首次注意到其中存在纤维状结构和明亮的恒星形成区。但真正让它声名鹊起的,是1995年哈勃空间望远镜的观测。
当时,哈勃的高级巡天相机(ACS)对准了鹰状星云的核心区域,拍摄了一组由32张照片拼接而成的深空图像。这张后来被称为“创生之柱”的照片(正式编号为NGC 6611)震撼了世界:三根高度约5光年的尘埃柱从电离区底部升起,顶端被新生恒星的辐射“雕刻”出波浪状的边缘,柱体内隐约可见更小的“手指”结构——这些都是正在形成的原恒星的“喷流”(Jet)和“赫比格-哈罗天体”(Herbig-Haro Object,由喷流与周围物质碰撞产生的发光结)。
这张照片之所以被称为“创生之柱”,不仅因其形态的震撼,更因为它直观展示了恒星诞生的过程:尘埃柱的顶端是物质最密集的区域,引力坍缩在此加速,最终会形成新的恒星;而柱体内部的空腔,则是被附近大质量恒星的辐射和恒星风吹走的物质留下的“痕迹”。
三、创生之柱的“解剖学”:从尘埃到恒星的微观世界
要真正理解创生之柱的“创生”含义,我们需要像天文学家一样,用多波段望远镜“解剖”它,从毫米波到X射线,逐层解析其成分、结构和动力学。
3.1 成分:氢、氦与宇宙尘埃的混合物
创生之柱的主要成分是分子氢(H?)和原子氢(H),其中分子氢占总质量的70%以上。分子氢是星际介质中最稳定的分子,它的存在需要低温(约10-20开尔文)和高密度(每立方厘米103-10?个分子)环境,这正是创生之柱内部的特点。
除了气体,尘埃是创生之柱的另一关键成分。这些尘埃颗粒主要由硅酸盐(类似岩石的硅氧化物)、碳质颗粒(如石墨或无定形碳)和冰(水、二氧化碳、甲烷等冻结的挥发性物质)组成,直径约0.1微米(仅为头发丝的1/500)。尘埃虽然只占总质量的1-2%,却扮演着重要角色:它们吸收可见光,使柱体呈现暗黑色;同时在红外波段发射辐射,帮助天文学家追踪其温度(约10-100开尔文);更重要的是,尘埃表面是分子形成的“催化剂”——例如,氢原子在尘埃表面结合成H?分子,这是星际分子云形成的初始步骤。
3.2 结构:从柱体到“恒星芽”的层级系统
通过哈勃的高分辨率图像和ALMA(阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列)的射电观测,科学家发现创生之柱并非简单的“柱状物”,而是一个具有复杂层级的结构:
主柱体:高度约5光年(相当于47万亿公里),宽度约1光年,顶部因辐射压力呈现波浪形。这种形态是“光致外流”(Photoevaporation)的结果——来自附近O型恒星的紫外线将柱体顶端的氢原子电离,产生的辐射压将物质向外推,同时重力试图拉住物质,形成动态平衡。
次级结构:柱体内部有许多“手指”状突起,长度从0.1到1光年不等。这些突起是密度更高的区域,坍缩速度更快,可能正在形成褐矮星(质量不足8倍木星的天体)或低质量恒星。
隐藏的核心:ALMA的观测显示,柱体内部存在大量毫米波辐射源,对应着被尘埃包裹的原恒星(Protostar)。这些原恒星的质量从0.1到10倍太阳质量不等,正处于吸积阶段——通过周围的物质盘不断吞噬气体,增长自身质量。
3.3 动力学:一场与时间的赛跑
创生之柱并非静止不变,而是一场激烈的“引力与压力之争”的战场:
向内的引力:柱体内部的物质因密度差异产生坍缩趋势,驱动原恒星形成。
向外的压力:来自附近大质量恒星的辐射压、恒星风(高速带电粒子流)和超新星爆发的冲击波,不断剥离柱体的物质。
根据2015年哈勃的后续观测(使用第三代广域相机WFC3),创生之柱顶端的质量损失速率约为每年10??倍太阳质量(即每100万年损失一个太阳质量的物质)。按照这个速度,整个柱体可能在10万年内被完全侵蚀——这在宇宙尺度上是极其短暂的(银河系年龄约136亿年)。这意味着,我们现在看到的创生之柱,可能已经是它们“生命”的最后阶段。
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