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ω星團

（2006年05月18日 15:37）

□作者: 溫學詩

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ω星團
溫學詩

　　ω星團是全天最明亮最美麗的球狀星團,可惜這個明亮的球狀星團位于南天，北半球中緯度以北的人們都無緣與它會面。不過，當你有機會去南半球的時候，可別忘了看看它，僅憑肉眼就能看見。全天只有兩個球狀星團是不需望遠鏡就能看見的，除了半人馬座ω星團，另外一個是杜鵑座47星團也在南天。這兩個亮星團的名字用的都是恆星的名稱，因為古代天文學家沒有發現它們是星團而把它們看成了恆星。
　　
　　半人馬座中的ω星團
　　
　　ω星團位于半人馬座。我們先來熟悉一下南天這個較大的星座。半人馬座與長蛇座毗鄰，位于長蛇座的南邊。它周圍還有唧筒座、船帆座、船底座、蒼蠅座、南十字座、圓規座、豺狼座，它們中的大部分都太靠近南天極，所以北半球的人們就看不到它們了。北緯25°以南地區的人們可以看見完整的半人馬座。
　　說起半人馬座，一些剛剛涉獵天文學的人常常將它與人馬座相混淆。這兩個星座的名稱近似，它們的來歷確實是有關系的。在古希臘神話傳說中，有一個叫肯陶羅斯的半人半馬族。他們上半身是人形，而下半身卻是馬的身驅。他們住在深山密林中，生性野蠻粗魯，天生好酒好色。他們善于奔跑，作戰本領高強。最讓人們難以忍受的是，這些半人馬們總愛惹是生非，不能與鄰居們和睦相處。半人馬座的拉丁語名稱是“Centaurus”,音譯過來就是“肯陶羅斯”。然而，也有與大多數肯陶羅斯們背道而馳的半人半馬，卡戎就是最典型的一個。卡戎善良賢明、博學聰慧、多才多藝。希臘神話中有許多大英雄和大能人都是他的學生。卡戎得到了大家的愛戴和尊重。不幸的是，卡戎最後被他的一個學生誤傷而死。卡戎死後，天神宙斯將他升上天空，成為人馬座。人馬座位于黃道帶上，比半人馬座靠北一些，我們北半球中緯度廣大地區的人們都能看到完整的人馬座。
　　

　　半人馬座的亮星比較多。最亮的半人馬座α星，中國星名南門二，視星等為0等，非常亮，全天除了天狼星和老人星，就數它亮了。實際上，半人馬座α星是由 a、b、c三顆子星組合而成的三合星，其中的c子星是距離我們太陽系最近的一顆恆星，距離4.22光年，它就是我們平常所說的比鄰星。除了半人馬座α星，這個星座中還有2顆1等星，4顆2等星，7顆3等星。這些亮星的連線勾勒出一個好斗的半人半馬，他手拿長槍，正在與豺狼搏斗。美麗的ω星團就位于半人半馬的腰眼附近。
　　
　　領略ω星團的風采
　　
　　由于ω星團肉眼可見，早在1800多年以前，古希臘著名天文學家托勒密就已經將它收入他編的星表中。1603年，德國天文學家巴耶爾在編著他的《天文圖志》一書時，也把這個星團當作一顆恆星編入他的星表，並且給它命名為半人馬座ω星。1677年，英國天文學家哈雷發現它比一般的恆星顯得要大一些，而且肉眼看起來非常模糊，由此猜想它是一個球狀星團。1888年，英國天文學家德雷爾在他新發表的《星雲星團新總表》簡稱NGC星表中，將ω星團排在第5139 號，因此，它又簡稱NGC5139。
　　ω星團的總星等為3.65等，角直徑達到30′，與滿月相當，當然沒有滿月那麼明亮，銀河系中已經確認出的100多個球狀星團當中沒有其他球狀星團能與它媲美。ω星團距離我們18000光年，是我們已知的最近的球狀星團之一。天文學家估計它包含了100萬顆恆星，是已知質量最大的星團，至少是太陽質量的 50萬倍。它的線直徑也是最大的，達600光年，一般的球狀星團直徑在100～300光年左右。它的年齡大約140億光年，和銀河系的年齡相當。
　　每年春末夏初的夜晚，在我國南方，如海南、廣東、廣西、雲南等地，可以看見ω星團。那段時間，它出現在南方地平線以上不高的地方。喜愛觀察星空的朋友，要注意選擇視野開闊、無燈光污染的地方，才能有幸一睹這個全天最大最亮的球狀星團。
　　如果僅憑肉眼去觀察ω星團，那你確實看不出它與普通恆星有多大的區別，只有透過望遠鏡才能領略它那無與倫比的壯觀與美麗。ω星團中最明亮的恆星為11 等，我們使用口徑只有5厘米的小型望遠鏡，就能分辨出星團周邊的部分恆星。若使用口徑20厘米、放大倍率大于100倍的望遠鏡時，星團中心部分的恆星也會被分解，數不清的恆星充滿了望遠鏡目鏡的整個視場，還能分辨出一些較亮恆星的顏色，發紅色的，發藍色的，還有白色的，真是美妙極了。當然，如果望遠鏡的口徑越大、分辨率越高，那看到星團中的恆星就越多、越壯觀。假如你我有機會能使用專業的大型天文望遠鏡去看一看ω星團，你可能會被呈現在你眼前的那一幕驚呆了，那麼多的恆星密密麻麻地聚集在一起，絕對是難以想象的壯觀場面。不過，有這種機會的人不會太多，那我們欣賞一下大望遠鏡拍攝的ω星團照片，也可以領略到它的壯觀和美麗。
　　有興趣的讀者，還可以將全天最明亮的ω星團與北天最明亮的武仙座M13星團作一番比較。在我國的低緯度地區，當ω星團出現在南方地平線以上時，武仙座 M13也同時出現在比ω星團高的天空中。這時候，你使用同樣的望遠鏡，同樣的目鏡，你就會很容易看出ω星團比M13 要大許多，也亮許多。
　　
　　ω星團中的新發現
　　
　　由于比其他球狀星團都明亮，致使ω星團成為天文學家關注的重點。ω星團與其他球狀星團相比，具有很大的不同。它所包含的成員多，這一點是顯而易見的。一般的球狀星團包含有成千上萬顆，甚至是幾十萬顆恆星，而ω星團的成員達到了100萬顆。另外，經過長期的觀測，人們發現，在同一個球狀星團中，各成員星都有相似的初始化學成分，而且它們的運動方向和速度以及與我們的距離，都大致相同。同一個球狀星團中的所有成員都被它們之間的引力束縛在一起，步伐整齊、步調一致地像一顆星一樣在空中飛馳、運動。人們確認，屬于同一個球狀星團的所有恆星，都是由同一塊星際氣體雲，在同一時刻一起誕生的。
　　2004年以來，一個天文學家小組利用哈勃空間望遠鏡的觀測數據，證明了ω星團與其他球狀星團都不同，這個星團中存在著兩個主要的、截然不同的、都以核心氫元素為能源的星族，一個是藍色星族，另外一個是紅色星族。
　　另一個天文學家小組利用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡（VLT）及多目標光譜儀對ω星團中兩個不同星族中的一些恆星進行了長時間的觀測。他們使用了MEDUSA模式，可以同時獲得130條以上的恆星光譜。他們一共觀測了17顆藍色星族的恆星和同樣數量的紅色星族的恆星。對每一顆恆星都拍攝了12條曝光1小時的光譜。這些恆星的星等介于20到21等之間，即比肉眼可見的最暗恆星還暗50萬到100萬倍。
　　然後，將每個星族中17顆恆星的光譜分別疊加起來，合成了一條藍色星族的“平均”光譜，還有一條紅色星族的“平均”光譜。每條光譜的總曝光時間都不低于204小時，因此能夠提供關于這些恆星的極其詳盡的信息，尤其是關于它們化學成分的信息。
　　通過對合成光譜的仔細研究，天文學家們能夠確定，藍色恆星的“金屬豐度”要比紅色恆星高出一倍，這是令人難以置信的結果。目前的恆星模型告訴我們，顏色越紅的恆星金屬豐度應該越高。氦是宇宙中含量第二多的化學元素，僅次于氫。太陽包含著大約70%的氫和28%的氦。剩余的大約2%是由比氦更重的元素組成的，它們統稱為“金屬”。
　　天文小組的另一位成員說，他們現在只能用“在ω星團中存在著兩種氦豐度不同的星族”這一結論來解釋這一矛盾現象。盡管紅色恆星擁有正常的氦豐度，但偏藍色恆星中氦元素的豐度卻比其他的星族至少多出50%！這些恆星由此成為迄今發現的氦含量最豐富的恆星，氦含量居然高達39%！這是一個聳人听聞的數字。銀河系將氦元素豐度從最初的24%（大爆炸所產生的）提升到現在的28%，所用的時間大約是80億年。而在一個形成于大爆炸之後10到20億年的球狀星團中，是什麼神奇的力量能將恆星的氦含量提升到39%呢？
　　
　　氦含量超標之謎能否解開
　　
　　ω星團中存在著大量的氦元素含量大大超標的藍色恆星，我們不禁要問︰“這些氦元素都是從哪里來的？” 這也正是令天文學家牽腸掛肚的難題。該天文研究小組認為問題的解答應該與超新星有關，“高豐度的氦元素可能是由大質量恆星的超新星爆發產生的。半人馬座ω 星團的總質量很可能只允許特大質量超新星的拋射物質逃出星團，而大約10～12倍太陽質量的恆星爆發的產物卻被保留了下來。”他們說，這也許是能夠解釋這個謎團的一個思路。
　　假如這一結論可以成立，那麼，半人馬座ω星團一定是經歷了兩代恆星的形成過程。最初，一場劇烈的恆星形成過程發生了，具有原始氦豐度的偏紅色星族的所有恆星都是在此時形成的。與其他普通恆星一樣，這些恆星通過核聚變將氫轉化為氦。幾千萬年之後，第一代恆星中質量最大的恆星發生了超新星爆炸。由10～12 倍太陽質量的超新星拋射出的富含氦元素的物質“污染”了球狀星團，使球狀星團中星際介質的氦含量大大增加。此後，第二代恆星，即偏藍色的星族，才從富含氦元素的星際氣體中產生出來。
　　科學家們承認一些問題仍然存在。對于這個不同尋常的球狀星團，現在做出任何結論都還為時尚早。無論如何，ω星團中藍色恆星氦含量超標的發現，為深入了解大型恆星系統中恆星形成的過程，提供了重要的新線索。
　　半人馬座ω星團是銀河系球狀星團之中星族情況最復雜的一個。它的巨大質量表明，這是一個介于球狀星團和更大恆星系統，例如星系之間的過渡類型。從這個意義上來說，半人馬座ω星團對于研究恆星形成演化歷史，是個非常有用的“天然實驗室”。為什麼銀河系的球狀星團中，只有半人馬座ω星團才能產生出氦豐度超豐富的恆星？其他球狀星團中是否也會有氦含量超標的恆星存在呢？相關的一系列宇宙之謎都在等待人們進一步去探索，去琢磨。

　　半人馬座ω星團中，藍色和紅色星族的平均光譜。每條光譜都是17顆不同恆星光譜的疊加，總曝光時間為204小時。圖中標出了一些元素的譜線位置。兩條光譜的區別是顯而易見的。詳細的分析表明，“藍色”的譜線對應的重元素含量比“紅色”譜線更多

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文章作者:溫學詩
責任編輯:skylook

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