2013年12月31日 星期二

網路天文館天文新知_20131231_雙星形成理論的重大進展!

  天文學家利用甫完成升級的「顏斯基特大天線陣列」(Karl G. Jansky Very Large Array),在一對非常年輕的原恆星周圍,發現之前沒有見到的伴星。先前對雙星如何形成有許多種可能的解釋,但這項發現強烈支持環星盤分裂形成雙星的模型。

  天文學家已經知道在類似太陽的恆星中,約有半數是雙星或多星系統,但對其形成方式仍爭論不休。

  「唯一能解決爭論的方法,就是觀測非常年輕的恆星系統,捕捉它們形成的瞬間。」美國國家電波天文台(National Radio Astronomy Observatory,NRAO)的John Tobin表示,「這也是我們為何選擇此觀測目標的原因,我們從此得到非常寶貴的新線索。」

  這些新線索支持雙星系統的形成機制,是由圍繞年輕恆星的盤狀氣體與塵埃,形成另一顆圍繞原本恆星的新恆星。仍從周遭環境收集物質的恆星會形成這樣的盤狀構造,還會在與盤面垂直方向形成噴流,將物質快速的推出。

  當Tobin和國際團隊的天文學家研究距離地球約1000光年,被氣體包覆的年輕恆星時,他們發現有兩顆恆星在垂直噴流方向-也就是原本恆星盤該在的地方-有之前未曾發現的伴星存在。其中一個恆星系統,在兩顆年輕的恆星旁都能清楚看到環星盤的存在。

  「這相當吻合伴星是由於環星盤分裂所形成的理論模型,其他可能的理論並不需要這種觀測結果來解釋。」Tobin表示。

  新的觀測讓環星盤分裂理論的證據更加周全,在2006年,另一組特大天線陣列的觀測團隊發現一對互繞的年輕恆星,這兩個恆星各自擁有環星盤,且環星盤的方向在同一個平面上。2012年,Tobin和他的團隊,在恆星形成早期的原恆星階段發現一個很大的環星盤,這顯示在恆星形成的早期,環星盤就已經存在-這對環星盤分裂形成雙星的理論來說是必須的。

  美國國家電波天文台和伊利諾大學的Leslie Looney表示:「我們的新發現加上之前的觀測資料,讓環星盤分裂成為解釋密近多星系統形成的最佳模型。」

  美國國家電波天文台的Claire Chandler說,一項2012年完成、耗時十年的特大天線陣列升級計畫,增加了天線陣列的敏感度,才促成這項發現。

  新的功能對特大天線陣列40-50 GHz的高頻帶特別有用,這是年輕恆星環星盤中塵埃會發出的無線電波頻率。

   Tobin、Chandler和Looney是來自美國、墨西哥和荷蘭的研究團隊的成員,他們的發現發表在《天文物理期刊》(the Astrophysical Journal)。

Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1175

新聞來源:
https://public.nrao.edu/news/pressreleases/new-study-boosts-binary-star-formation-theory/

2013年12月3日 星期二

網路天文館天文新知_20131203_超大質量黑洞互繞共舞

  天文學家利用美國航太總署(NASA)的廣角紅外巡天探測器(Wide-field Infrared Survey Explorer,WISE),罕見地在遙遠星系的核心觀測到兩個超大質量黑洞(supermassive black holes)互繞運轉,就像一對翩翩起舞的伴侶。

  澳洲望遠鏡緻密陣列(Australia Telescope Compact Array)和智利雙子南座望遠鏡(Gemini South telescope)的後續觀測更發現此星系不尋常的特徵,像是一條起伏不定的噴流-這可能是其中一個黑洞的噴流受到另一黑洞重力影響而搖擺不定的關係。

  本篇研究刊載在12月10日出版的「天文物理期刊」(the Astrophysical Journal),第一作者蔡肇偉畢業於台灣大學物理系及中央大學天文學研究所,於美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)取得天文學博士學位,目前於美國航太總署噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)任職。蔡肇偉表示:「我們認為其中一個黑洞的噴流被另一個黑洞的重力影響,因此就像舞者的的彩帶般搖曳。若真如此,這兩個黑洞可能十分靠近,且重力互相牽絆影響。」

  這項發現將幫助天文學家更了解超大質量黑洞是如何靠互相合併而成長。

  WISE廣角紅外巡天探測器在2011年進入休眠狀態之前,已在紅外線波段進行兩次全天巡天工作。美國航太總署最近喚醒WISE使它重獲新生,它的新計畫代號是NEOWISE,而使命則是搜尋小行星。

  這項新研究使用先前WISE所釋出的紅外巡天資料,天文學家查看了遍佈全天的數百萬個大質量黑洞影像,發現一個奇特的天體WISE J233237.05-505643.5。

  本研究的共同作者,同時也是WISE計畫經理的Peter Eisenhardt指出:「一開始我們以為WISE在此星系所觀察到的不尋常現象,是因為快速的恆星形成所造成,但仔細確認後,我們認為這更有可能是巨大黑洞合併所產生的死亡迴旋。」

  幾乎所有的大星系的核心都有達數十億太陽質量的超大質量黑洞存在,但黑洞究竟如何長成這麼大?其中一個方法是吞食周圍的物質,而另一個途徑則是透過星系的相噬。當兩個星系碰撞,它們的黑洞會掉入新結構的中心,深錮在重力探戈的舞步之中,直到合併成為一個更大的黑洞。

  一開始黑洞互繞的舞步相當緩慢,兩者之間距離數千光年,目前天文學家僅確認少數幾個黑洞是處在此一合併的早期階段。雖著黑洞逐漸旋轉接近對方,兩者之間的距離會縮短到只剩數光年。

  我們很難發現這一類的黑洞雙星,由於它們的體積太小,即使用最強大的望遠鏡也很難解析。迄今只有數個距離地球較近的黑洞雙星被確認,而新發現的WISE J233237.05-505643.5距離我們則遠的多,有38億光年之遙。

  使用澳洲望遠鏡緻密陣列所觀測到的無線電波影像,對於確認WISE J233237.05-505643.5是個雙黑洞相當重要。位於星系核心的超大質量黑洞一般來說都會射出筆直的噴流,但此天體的噴流卻呈現彎曲的形狀,科學家們認為這正是由於另一個黑洞的重力影響所導致。

  使用智利雙子南座望遠鏡所獲取的可見光光譜資料,也同樣不尋常,天文學家們認為這是因其中一個黑洞的重力使另一個黑洞的吸積盤物質堆積所導致。這些跡象指出,這極有可能是一個密近雙黑洞系統,儘管天文學家還無法確認這兩個黑洞之間的距離。

  本文共同作者之一,在噴射推進實驗室任職的Daniel Stern指出:「我們在解釋這個謎樣的系統時相當小心,此系統有許多不尋常的特徵-從多重無線電波噴流,到雙子望遠鏡所暗示的不穩定吸積盤。雙黑洞在我們的宇宙中應該是個尋常的現象,也是能夠解釋目前所有觀測結果最簡單的模型了。」

  天文學家預測,兩個黑洞合併的最終階段會釋放重力波,在時空中傳播。天文學家正利用脈衝星來偵測重力波的存在,以期能夠更瞭解這群謎樣的黑洞舞者。

Editor: Seline

2013年11月26日 星期二

網路天文館天文新知_20131126_小黑洞也有大食量!

  天文學家一直認為可以在M101星系旋臂上的極亮X射線源(Ultra-luminous X-ray sources,ULXs)M101 ULX-1找到中型黑洞(intermediate-mass black holes)的證據,但最新的研究指出,提供動力來源的黑洞竟然出乎意料的輕盈,僅有20-30倍太陽質量。本研究發表在2013年11月28日出版的「自然」(Nature)期刊。

  為了測量黑洞質量,研究團隊利用夏威夷Mauna Kea 雙子北座望遠鏡(Gemini North Telescope)的多天體光譜儀(Multi-Object Spectrograph)測量其伴星光譜的移動以推斷黑洞質量。這個餵養黑洞的伴星是個沃爾夫-瑞葉星(Wolf-Rayet stars),這類恆星會吹出強烈的恆星風,餵養黑洞。此研究顯示M101 ULX-1的黑洞從恆星風掠取的物質,比天文學家所預測的更多。

  M101 ULX-1極為明亮,由黑洞吸積盤放出的X射線和由伴星放出的紫外線比太陽還要耀眼一百萬倍,英國雪菲爾大學(University of Sheffield)天文學家Paul Crowther表示,這雖然這不是第一個發現的沃爾夫-瑞葉星和黑洞的雙星,但它距離我們有2200萬光年之遙,可是目前發現最遙遠的此類雙星系統。餵養黑洞的沃爾夫-瑞葉星極有可能已經死亡,因此這個系統現在可能是個雙黑洞雙星。

  X射線源所放出的高能和低能X射線,分別被稱為「硬X射線」和「軟X射線」。這或許聽來很怪-較大的黑洞產生較多的軟X射線,而較小的黑洞產生較多的硬X射線。根據理論模型,軟X射線主要來自於吸積盤,而硬X射線則來自於吸積盤周圍的高能冕環(corona)。隨著吸積速率接近理論極限,冕環的發射強度會增加,吸積盤和冕環的交互作用也會愈增複雜。

  M101 ULX-1這個 X射線源主要為軟X射線,因此很多天文學家原本認為在M101 ULX-1找到中型黑洞是遲早的事。中型黑洞的質量約有100至1000倍太陽質量,介於恆星型黑洞(stellar-mass black holes)和位處星系中心的超大質量黑洞(supermassive black holes)之間。目前中型黑洞的證據仍相當缺乏,極亮X射線源一直被認為是中型黑洞的藏身處之一,M101 ULX-1更是看來最有希望的目標。

  中國科學院國家天文台劉繼峰研究員等人的研究,不但沒有在M101 ULX-1找到中型黑洞,對黑洞質量的動力學測量卻發現了一個僅20-30倍太陽質量的恆星型黑洞,為黑洞研究又增添了新謎團。根據這個研究所量測到的黑洞質量較小來說,M101 ULX-1周圍理論上應主要為硬X射線且結構複雜,真實清況卻非如此。理論上這麼低質量的黑洞可以迅速吸積且發出極亮的X射線,這樣的機制會在X射線光譜留下一些特徵,但這些特徵在此系統卻付之闕如。這個僅20-30倍太陽質量的黑洞竟能以接近理論極限的速率吸積物質,卻又相對平靜,這是很驚人的!

  研究團隊之一的密西根大學(University of Michigan)天文學家Joel Bregman表示,現在想研究中型黑洞的天文學家可能得往其他有間接證據的地方尋覓,像是更亮的高亮度X射線源(Hyper-Luminous X-ray source)或是緻密的星團內部。

Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1149

新聞來源:
http://www.gemini.edu/node/12100
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/11/285646.shtm

2013年11月15日 星期五

網路天文館天文新知_20131115_艾桑彗星哪裡找?互動模擬器告訴您!

  最近彗星正夯,您是否已經趕上這股彗星熱潮?網路天文館介紹您一個好用的小工具,讓您能確切掌握艾桑彗星(C/2012 S1(ISON))位置, INOVE Space Models剛升級了他們的艾桑彗星模擬器(Comet ISON flyby simulation),第一版的模擬器帶您從太空看艾桑彗星如何造訪內太陽系,剛升級的最新版本則帶您從地球上的任一地點觀賞艾桑彗星!

  按下此連結造訪網站,畫面左上方的「switch to Earth」可以讓您回到地球上欣賞艾桑彗星,系統會自動抓取您現在位置,但如果您想要做些調整也沒有問題,按下右上方的「Location」按鈕就可以手動輸入您的經緯度。

  按下左下方的播放按鈕,畫面會顯示一天內恆星、太陽、艾桑彗星的升起和落下,艾桑彗星在一天內移動的角度並不大,除了通過近日點的11月28日之外,在那天艾桑彗星時速高達每小時130萬公里,快到您能看到艾桑彗星的位置每一小時都有改變。

  模擬器會顯示星座的連線及約五等的極限星等,假設艾桑彗星夠亮,從現在到明年一月底,您便可以使用這套軟體按圖索驥艾桑彗星位置。您可以在畫面右上方的時間顯示設定您要外出觀看的時間,事先知悉彗星位置再出門尋找彗星芳蹤。

  若按下左下方的雙箭頭快轉按鈕,模擬器則會顯示艾桑彗星位置每天的變化,下方的時間軸箭頭會標出模擬的時間點,您也可以手動拉動時間軸的箭頭以加速、減速或選擇特定日期,其他更詳細的設定可以在左上角的「Options」找到。如果您已經對待在地球上看艾桑彗星感到厭倦,隨時可以按左上角的「switch to Space」回到太空。

  除了這套模擬器之外,大家熟悉的Stellarium也可以載入彗星資料,且不限於艾桑彗星,詳細的設定方法可以參考臺北星空第61期的「彗星知識+」一文(SkyChart的設定可參考同期「淺談彗星攝影」一文)。您也可以造訪Heavens Above網站,在首頁點選「Comets」之後,就會出現現在可觀測的彗星,選擇您想觀察的彗星之後,在上方選擇您欲觀察的日期及時間,就會出現60度視野、極限星等6.5等,及2度視野、極限星等14等的尋星圖,另外也有黃道面的俯視圖和彗星軌道面的側視圖。

  更實用的還有智慧型手機的App,除了為數眾多的手機星圖之外,隨著彗星熱潮席捲而來,越來越多的公司推出彗星相關的App,只要以「Comet」為關鍵字搜尋,就能找到不少,像是日本的Vixen公司就推出了適用於Andriod系統、iphone和ipad的「Comet Book」App,內有最近最夯的四顆彗星:洛夫喬伊彗星(C/2013 R1(Lovejoy))、艾桑彗星(C/2012 S1(ISON))、恩克彗星(2P/Encke)和麗妮兒彗星(C/2012 X1(LINEAR))的資訊,最重要的是,還是免費的喔!

  準備好出門親眼看看彗星了嗎?祝您和彗星有個愉快的約會!

Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1141

新聞來源:
http://www.universetoday.com/106435/see-comet-ison-fly-through-earths-sky-with-this-awesome-interactive-simulator/

2013年11月14日 星期四

網路天文館天文新知_20131114_哈柏望遠鏡拍攝古老謎樣的球狀星團M15

  美國太空總署(NASA)和歐洲太空總署(ESA)的哈柏太空望遠鏡拍攝到歷來最佳的球狀星團M15影像。圍繞銀河系中心公轉的M15擁有超過十萬顆非常古老的恆星,在星團中心還可能藏著一種少見的黑洞!

  M15位在飛馬座方向,距離我們有35000光年之遙,年齡約有120億年,是目前已知最古老的球狀星團[1]之一。

  影像中可以見到高溫藍色的恆星與較冷的金黃色恆星群聚,越往星團明亮的中心就越密集,大部分的質量都集中在核心,M15也是目前最緻密的球狀星團之一。

  其實,這個閃亮耀眼的星團藏有秘密,天文學家在2002年利用哈柏太空望遠鏡研究發現,在M15的中心潛伏著黑暗謎樣的物質-可能是一群黯淡的中子星[2],或是個中型黑洞(intermediate-mass black holes)。在這兩種可能性中,M15似乎比較可能像是另一個大質量球狀星團Mayall II一樣,在中心有個黑洞!

  科學家認為,中型黑洞可能是由數個較小的恆星型黑洞(stellar-mass black holes)合併而來,或是在星系緻密的核心由大質量恆星相撞擊產生,第三種可能是它們在大霹靂時就已形成。它們的質量介於常見的恆星型黑洞和超大質量黑洞(supermassive black holes)[3]之間,研究中型黑洞能夠幫助我們了解黑洞在像M15這樣的星團和星系中是如何演化的。

  除了黑洞之外,M15還有個行星狀星雲Pease 1[4],是首個球狀星團擁有行星狀星雲[5]的例子,星團中心左方的亮藍色天體就是Pease 1。

  此幅影像是由哈柏太空望遠鏡的3號廣角相機(Wide Field Camera 3,WFC3)和先進巡天相機(Advanced Camera for Surveys)所拍攝,波段涵蓋紫外光、紅外光,及可見光。

備註
[1] 球狀星團是一群聚集成球形的恆星圍繞銀河系中心公轉,我們的銀河系擁有超過150個像是衛星一樣環繞的球狀星團,包含M15在內。但其他的星系有更多球狀星團,像是哈柏太空望遠鏡最近發現,星系團Abell 1689擁有令人難以置信的160000個球狀星團!球狀星團內有宇宙中最古老的恆星。
[2] 中子星由大質量恆星坍縮所產生,他們相當高溫且緻密,平均約兩個太陽質量,半徑卻只有幾十公里。
[3] 恆星型黑洞約數個到數十個太陽質量,超大質量黑洞則有數十萬到數十億個太陽質量。
[4] Pease 1也被稱為PN Ku 648或是Kürster 648。
[5] 自發現Pease 1後,只有其他三個球狀星團有發現行星狀星雲的紀錄,包含M22、NGC 6441,和Palomar 6,數量如此之低的原因是-行星狀星雲是中低質量恆星生命末期非常短暫的一個階段,而中低質量恆星在球狀星團內並不常見。

Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1139

新聞來源:http://sci.esa.int/hubble/53192-an-old-and-mysterious-cluster-1321/

2013年10月24日 星期四

網路天文館天文新知_20131024_宇宙最冷天體-迴力棒星雲奪冠!

  回力棒星雲(Boomerang nebula)是宇宙中迄今已知最冷的天體,溫度僅絕對溫度1度(-272°C),事實上,這可是比創造宇宙的大霹靂所留下的黯淡餘暉-宇宙微波背景輻射的3K還低!

  天文學家利用位在智利的阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列(ALMA),一窺回力棒星雲在無線波段的新面貌,希望能了解其寒冷的性質及有如鬼魅般的真實模樣。

  最初地面望遠鏡所見到的,是彎曲有如回力棒的外觀-這也是它為何被稱作回力棒星雲的原因,後來哈柏太空望遠鏡拍攝到像是領結一般的構造。而最新的ALMA資料顯示,哈柏的影像只能說明一部分的故事,影像中的雙瓣構造可能僅是可見光玩的光學小把戲!

  本篇「天文物理期刊」(the Astrophysical Journal)論文的第一作者-Raghvendra Sahai表示,「這個極冷天體非常有趣,透過ALMA,我們能更了解它的真實本質,過去由地面可見光望遠鏡所看到的雙瓣回力棒形狀,事實上是個快速向太空膨脹的巨大結構。」

  回力棒星雲位在半人馬座方向,距離我們約5000光年,是個年輕的原行星狀星雲。行星狀星雲的本質與名稱無關,其實是類似太陽的恆星在生命末期將外殼氣體向外拋出的一個階段,留在中心的白矮星發出強烈紫外輻射,使周圍雲氣發出絢爛色彩。

  原行星狀星雲是處在即將要形成行星狀星雲的一個階段,中央恆星的溫度不足以發出足夠的紫外輻射,在這個階段,我們是藉著塵埃反射的星光才得以看見星雲。

  由中央恆星噴流出的氣體由於快速膨脹而降溫,這和冰箱利用膨脹的氣體產生低溫環境的原理類似,科學家藉由觀察星雲氣體如何吸收均勻的2.8 K宇宙微波背景輻射,而得以測量其溫度。

  Sahai表示,當2003年天文學家利用哈柏太空望遠鏡觀察回力棒星雲時,可以看到非常典型的沙漏外觀,很多行星狀星雲都有這種雙瓣的構造,這是由於恆星噴射出高速氣體所導致,這兩道噴流會在稍早恆星在紅巨星階段時所拋出的周遭雲氣中掘出大洞。

  然而使用單一碟型天線的毫米波望遠鏡觀察,並沒有看到像哈柏望遠鏡所看到的中央細窄部分,而是看到一個均勻近乎球形的噴流。

  ALMA望遠鏡的超高解析度可以解釋這種情形,藉由毫米波觀測一氧化碳分子的分布情形,天文學家能夠看到哈柏所拍攝的雙瓣構造-但僅侷限在星雲的內部區域,除此之外,他們還看到延展約略呈現圓形的低溫雲氣。

  他們在恆星周圍發現一條濃密的毫米塵埃粒子,這能解釋可見光為何看到外側雲氣有著沙漏般的外形,這些微小的塵埃粒子遮住了部分恆星,使星光僅能從相反方向的狹窄範圍照亮雲氣,因而顯現出沙漏般的外觀。

  Sahai表示,這對了解恆星如何死亡並形成行星狀星雲十分重要,ALMA能為解答類似太陽恆星的瀕死掙扎揭開一線曙光。

  本篇最新研究也指出星雲的外圍邊緣已開始升溫,雖然還是比宇宙微波背景輻射的溫度略低,升溫可能是由光電效應所導致,光電效應是由愛因斯坦所提出,描述固體材料吸收光子後發射出電子的情形。

Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1137

新聞來源:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131024143140.htm

2013年9月25日 星期三

網路天文館天文新知_20130925_「變身怪醫」波霎現身,解開波霎演化謎團!

  天文學家首度發現一顆處在關鍵演化階段的毫秒波霎(millisecond pulsars),發出的輻射在X射線和無線電波來回變換,有如「變身怪醫」!

  波霎-快速自轉、擁有強烈磁場的中子星,是大質量恆星在燃料用盡後,歷經超新星爆炸所留下的死亡核心。當它們自轉時,會以每秒數百次的頻率發出電磁輻射的脈衝波-就像燈塔發出的光束一般,因此這些中子星自轉的周期短到只有幾毫秒。

  我們依據波霎發出的輻射來分類它們,電波波霎由磁場旋轉所驅動,而X射線波霎的能量則源自由伴星吸積來的物質

  理論認為,擁有低質量伴星的中子星起初自轉速度較慢,但隨著伴星物質被吸積到周圍的吸積盤,中子星轉速也逐漸加快。當吸積物質掉落到中子星時,便會加熱發出X射線。

  經過十億年後,吸積的速率下降,於是X射線波霎又變回發出無線電波的毫秒波霎。

  天文學家們認為,波霎在X射線和無線電波這兩種狀態數度來回變換時,應該有個過渡階段存在-但直至現在仍未觀察到直接且確切的證據。

  最近天文學家利用歐洲太空總署(ESA)的Integral 和XMM-Newton太空望遠鏡,以及美國太空總署(NASA)的Swift和Chandra衛星和地面電波望遠鏡的後續觀測,終於發現了一顆正在這兩種演化階段中轉換的波霎!

  來自西班牙巴塞隆納太空科學研究所的天文學家Alessandro Papitto,領導這篇發表在「自然」(Nature)期刊的研究,他說:「追尋終於告終-我們發現了一顆毫秒波霎在數周的時間內,由吸積驅動的X射線波霎,轉變為磁場旋轉所驅動的電波波霎。我們終於找到波霎演化中失落的連結了!」

  這個波霎名為IGR J18245-2452,是由Integral望遠鏡在2013年3月28日首度在X射線波段,於人馬座的球狀星團M28中所發現。

  XMM-Newton太空望遠鏡的觀測決定此波霎的自轉周期為3.9毫秒,也就是每秒自轉250次,說明這的確是顆發出X射線的毫秒波霎。

  但當天文學家比較其他M28球狀星團中已知波霎的自轉速率和其他特徵時,卻發現這顆波霎的特徵竟和2006所發現的電波波霎相符。

Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1117

新聞來源:
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Missing_link_found_between_X-ray_and_radio_pulsars
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/09/130925132207.htm
http://phys.org/news/2013-09-jekyll-hyde-star-morphs-radio.html