不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

【作者:黃媂】

目前我們已經進入“多信使天文學”的時代,這個詞的含義是獲取天體的信息已經不侷限於“光”這一渠道了,現在有

4種獲取天體信息的渠道:電磁輻射、宇宙線、中微子、引力波。

  • 電磁輻射——電磁場的變化、粒子運動狀態的躍遷。

電磁輻射就是平常我們所說的“光”,它是由於電磁場的變化或者是由於粒子運動狀態所導致的躍遷產生的。

  • 宇宙線——高能粒子流‘電子、質子’

宇宙線並不是光線,實際上是宇宙裡面的高能粒子,主要由電子和質子等等這樣一些粒子構成的,宇宙線的產生往往需要一些劇烈的天體活動過程,比如“超新星爆發”。

  • 中微子——弱相互作用粒子

在太陽產生輻射的過程裡面不斷地有中微子從太陽核心發射出來,但是我們並沒有感覺到任何中微子對我們會產生影響,它的原因就是在於中微子的和普通的物質幾乎不發生相互作用。另外中微子也要往往和一些劇烈的天體活動有關係,超新星爆發同時也是一個重要的中微子輻射源。

  • 引力波——引力場的變化

引力波是用由於宇宙空間裡面引力場的變化而產生了一種波,通常雙星系統裡的兩顆恆星在相互繞轉,並且在逐漸靠近的過程裡面會改變周圍的時空結構,在向外傳播的時候就會產引力波。

不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

電磁輻射是目前獲取天體信息的主要來源

電磁輻射既有波動性也有粒子性:

波動性是以變化的電磁場來傳遞能量的,所以它具有特定波長和強度的波動性,它的波長範圍可以短到0.01Å-30m,(1Å=10-10m, Å是反應波長的一個特別單位,它的大小是10的負10方米),長的可以到幾十米。

在真空裡面電磁輻射的速度就是光速,電磁輻射的粒子性能表現在它又是由光子構成的,光子的能量和輻射的頻率有關係,頻率越高光子所具有的能量也就越高。

根據電磁輻射的波長,從長到短可以分為:射電、紅外、光學、紫外、X射線和 γ射線,可見光又可分解為七色光,其中最長的是射電波段,最短的是γ射線波段,這些都是觀察研究天體最傳統的波段範圍。

不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

全波段天文學時代

目前已經進入到全波段天文學的時代,它的含義是說我們對於天體的研究已經不再侷限於傳統的可見光波段,而是把它拓展到從射電到γ射線的全波段,因為這樣可以給我們提供來自於天體更加全面的、完整的信息。

舉例說明:

4類不同的天體:

  • 氣體雲:它的溫度只有幾十K。
  • 原恆星:一個正在形成恆星的胚胎,而它的溫度大約幾百K。
  • 太陽:一個正常恆星它的溫度達到了幾千K。
  • 星團:一個由恆星組成的集團,它的溫度達到了幾千K。

圖中給出了這4類不同的天體所產生的輻射的能譜,圖上面分別給出了黑色的線條,兩條豎線對應著可見光波段所對應的範圍,如果在可見光波段去觀察這些天體的話,最明顯得到它們的輻射是對應著正常恆星這些天氣的,因為輻射最強的地方恰好地落在了可見光的波段,但是對於比較冷的氣體雲和原恆星來講它的主要輻射的波段分別落在了射電波段和紅外波段和紅外波段,對於更高的天體來講它的輻射移到了紫外波段,所以對於這些不同的天體由於它們的溫度不一樣,就必須要採取不同的觀測波段,這是為什麼要開闢全波段天文學的一個主要原因。

不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

「黃媂」總結:通過全波段的觀測才能揭示天體的性質

即使是同一個天體,由於它的物理環境和它性質的複雜性,也需要藉助於全波段才能夠揭示它的性質。

不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

圖解:星系M51

舉例說明:

「星系M51」在不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分的物質所產生的輻射:

  1. 射電波段的觀測反映的是來自於星系裡面的中性氣體,這些中性氣體明顯地分佈在兩條旋臂狀的結構上面。
  2. 紅外波段和光學波段的觀察圖像分別反映了來自於星系裡面極小質量和小質量恆星所產生的紅外和光學輻射,它們反映恆星依然具有懸臂狀的分佈,但是在整個盤面上也分佈著很多恆星。
  3. 紫外波段的觀察反映大質量恆星的紫外輻射,在紫外波段的恆星明顯集中地分佈在旋臂上面,說明大質量恆星更傾向於在旋臂上的分佈。
  4. X射線波段反映的是來自於星系核心、星系盤的輻射和一些星系的氣體輻射。
不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

能夠產生X射線輻射的天體包括星系裡面的黑洞、中子星以及熱氣體,所以不同波段的輻射實際上來自於星系裡面的不同的成分,它們的物理分佈,它們所處的物理環境和對應的物理性質並不完全一樣,只有藉助於全波段的觀測才能夠得到星系的整體的圖像。

不同波段的圖像反映了星系裡面不同成分物質所產生的輻射

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【作者:太空生物學·黃媂】

【編輯:天體生物學·黃姤】

【旁述:餘生】

【黃媂】【科普新星培訓營】95後女學員,今日頭條青雲計劃精選文章獲獎者。創作有關(天體生物學領域.太空生物學領域.科學.科技.科研.科普)的文章,歡迎點贊.評論.轉發.關注互相學習。

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