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銀河系中的泡結構:衆所周知,銀河系内的物質形态除恒星外還存在由氣體和塵埃組成的各類星際媒體(ISM),亦稱星際物質。 星

作者:小奇科普檔案

銀河系中的泡結構:

衆所周知,銀河系内的物質形态除恒星外還存在由氣體和塵埃組成的各類星際媒體(ISM),亦稱星際物質。

星際媒體的密度分布頗不均勻,其中密度高的地友善構成星際雲,中性氫雲的物質數密度約為1cm-3(分子雲物質的數密度可大于100cm-3),而雲間物質的數密度僅約為0.1cm3。

随着多波段天文學的長足進展,特别是射電、紅外等觀測技術的日臻完善,人們對星際媒體及其分布的認識漸而深入,其中之一就是泡(bubble),或曰星際泡,而尺度較大的泡亦稱超泡(superbubble)。

早在1974年Cox和Smith同就已指出,星際泡可能是超新星在爆發後,随着其遺迹(SNR)的脹、演化,并向周邊星際媒體推進過程中的産物。泡結構可區分為性質明顯不同的兩種成分:膨脹中的薄殼層(泡壁)和該殼層所包圍的空腔。

殼層(shell)也就是泡的外部邊界,物質密度較高而溫度很低,内中包含了大部分被向外驅出的星際媒體。空腔因内部媒體密度很低而得其名,但溫度卻可高達約10~10°K,因而泡有時又被稱為“熱泡”(hotbubble)。

翌年Castor等人認為:大品質早型星的星風之強,同樣可以在星際媒體中“吹”出類似的泡結構。在他們的模型中,除最外層密度較高的低溫膨脹殼層,以及殼層内的高溫、低密度物質區外,最内層則是超聲速星風區。

星際泡的形成機制:

從曆史上看,在Brown等人[3)首次明确提出“北極支”的概念之前,Blythel85]于1957年已在38MHz射電頻段上觀測到了這一枝條狀結構存在的迹象(後人把此類由射電觀測發現的結構稱為“射電支”)。

翌年,Tunmer86即試圖從理論上對其起源做出解釋。她認為這一結構起因幹相對論性電子繞着星際磁場的施進式運動所産生的定向發射,而破場的取向購與本地旋臂的走向相一緻。

兩年後,Brown等人指出,這一機制所預期的射電支幾何形态與實測結果不符,進而有力地否定了Tunmer的理論模型。Brown等人3同時還提出了兩種可能的替代機制;射電支的觀測表象源自本地旋臂結構的不規則性或超新星遺迹,并認為後者的可能性更大,但對之并未作詳細的讨論。

1974年Cox和Smith明确指出,星際泡可能是SNR演化的産物。他們認為,超新星爆發後随着SNR的膨脹并向周邊低密度(數密度約為1cm-3)的均勻星際媒體擴充,在約10a時段内,大約有三分之一的爆發能量(其初始值約為4x1043J)會以硬紫外線和軟X射線形式向外輻射掉。

這一過程所生成的星際泡由外邊緣薄殼層和内部空腔兩種物質成分構成,此時殼層半徑約為20pc,物質密度較高但溫度很低(<10³K),而空腔内的物質密度很低(約0.1cm-),但由于SNR早期高速膨脹的加熱作用,溫度卻可高達約10°~10*K。

不久,Castor等人2指出,大品質早型星(光譜型早于B2型)的星風非常強烈,其端速度可高達1500~3000 km·s-1,品質損失率接近10-Ma一生中能向周圍星際媒體注入約1043J的機械能,這一過程同樣可以在星際媒體中生成泡結構,其典型半徑為30pc。

泡結構觸發傳播式恒星形成:

早在1953年,pik[101]就已大緻描述了超新星爆發事件如何引起恒星的傳播式形成(propagating star formation):超新星在爆發後,它的膨脹殼層會向外推進,進而使周圍的星際氣體受到壓縮,同時殼層因吸積周邊氣體品質不斷增大,膨脹速度則随之減小。

當速度減小到幾千米每秒時,殼層的總品質可望達到幾千倍太陽品質,一批恒星便可能由此而誕生。從膨脹殼層生成的這些恒星會繼續向外運動,互相間的距離不斷增大,恒星之間的引力漸而減小,最終會形成一個由年輕恒星構成的星協。

這種因一顆恒星的死亡導緻大量新恒星誕生的過程便稱為傳播式恒星形成,又稱自傳播式恒星形成(self-propagating star formation),或後續恒星形成(sequential star formation)。1977年Elmegreen和Lada102就上述機制構築了詳細的實體模型。

并成功地用于OB星協中各次群結構的結聯式形成,包括合了解釋了一個給定星協中不同OB型星次群的不同空間分布和系統性年齡差異,各個次群在品質上表現出的規律,它們相對銀道面的取向及其膨脹特性等。

總結:

近年來的觀測充分表明,作為星際媒體的一種特征結構,銀河系内不同尺度的星際泡可謂比比皆是、無處不在,它們的形成和演化乃是銀河系結構和演化的重要組成部分,涉及到恒星的形成和演化,以及星際媒體的結構和化學演化等重要課題,因而受到廣泛關注。

銀河系中的泡結構:衆所周知,銀河系内的物質形态除恒星外還存在由氣體和塵埃組成的各類星際媒體(ISM),亦稱星際物質。 星
銀河系中的泡結構:衆所周知,銀河系内的物質形态除恒星外還存在由氣體和塵埃組成的各類星際媒體(ISM),亦稱星際物質。 星
銀河系中的泡結構:衆所周知,銀河系内的物質形态除恒星外還存在由氣體和塵埃組成的各類星際媒體(ISM),亦稱星際物質。 星

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