銀河系的中心是“銀心”,那麼這個銀心都由哪些物質構成?

明遊谷


銀河系的中心簡稱為“銀心”,所以銀心在概念上指的是位置,而並非具體的物質,現代天文觀測認為,銀河系中心是一顆超大質量黑洞,被稱為人馬座A*,在黑洞周圍有大量的恆星圍繞其運轉。

銀河系結構

“銀心”既銀河系的中心,它是銀河系自轉軸與銀道面的交點,銀心位於人馬座方向,距離我們約兩萬六千多光年遠。

從結構上來看,銀河系屬於棒旋星系,銀心位於銀核之內,銀核是銀河系中心的凸起部分,其直徑約兩萬光年,厚度約一萬光年,這個區域包含大量的恆星和高密度的星際物質,銀核再往外是銀盤,整個銀河系質量的百分之八十以上都集中在銀盤內,銀盤之外就是銀暈了,銀暈中主要包含一些球狀星團和星際物質。

銀心物質構成

由天文觀測可知,在銀河系中心有一顆約400萬倍太陽質量的黑洞人馬座A*,黑洞是一種特殊的天體,由於黑洞事件視界的影響,我們無法觀測到黑洞內部的物質情況,但科學推測黑洞的中心是一個密度無限大的奇點。在今年4月10日,“事件視界望遠鏡”項目公佈了人類歷史上首張黑洞照片,其實該項目原計劃中包含了拍攝人馬座A*黑洞的照片,但是由於某種原因,“事件視界望遠鏡”項目僅僅發佈了M87黑洞照片。

在人馬座A*周圍有大量恆星圍繞其運轉,科學估計有上千顆,而且這些恆星多為上百億年的紅巨星。由於銀心附近較高的物質密度,很難用光學手段去直接觀測該區域,由於該區域有較強的射電輻射和紅外輻射,所以在觀測時科學家往往採取紅外觀測和射電觀測,在2微米到73釐米波段,科學家觀測到銀心附近大量的氫元素,氫是星際物質的主要成分,並且是恆星誕生的溫床。

美國科學家曾公佈過由哈勃望遠鏡拍攝的銀河系中心區域圖片,經計算機處理後,該照片顯示出銀心區域存在大量的恆星,並且充斥著塵埃雲,被電離後的氫氣環繞在人馬座A*方向。

結語

由上文可知,銀河系中心區域主要物質為人馬座A*黑洞、大量的恆星以及星際塵埃和被電離後的氫氣。


漫步科學


要知道銀心由什麼物質構成,先得知道銀心在哪裡。歷史上天文學家對銀心的位置以及組成提出了各種猜測。

圖四:會挽雕弓如滿月,西北望,射天狼《江城子·密州出獵》 蘇軾


  • 假說一 銀心由一個巨大的恆星佔據,它hold住了整個銀河系

比如,銀心處存在一顆巨大的恆星,控制整個銀河系。1755年,天文學家伊曼紐爾康德就是這麼猜測的,在銀河系的中心也存在一顆超級巨大的恆星,它控制著整個銀河系中所有其它恆星和天體,並且他還猜測天狼星或許就是銀河系的中心恆星,原因無它就是因為天狼星是天上最亮的恆星。

圖示:天狼星


伊曼紐爾康德的這個說法,相當於是把太陽系的運轉模式,外推到整個銀河系中,所以許多天文學家接受了他的基本猜想,即銀河系的中心————銀心應該是一個超級巨大的恆星,它控制著整個銀河系天體的運動。至於是不是天狼星嘛,這個問題有待商榷。


隨著天文技術的發展,人們對銀心的探索也越來越積極,當天文學家找到了測量遙遠恆星距離的方法之後,天狼星作為銀心的可能性自然被淘汰出局。因為,天狼星雖然是天上最亮的恆星,並不表示它的質量很大,雖然天狼星(A星)的質量比太陽大,但也僅僅是太陽質量的兩倍多一點,顯然這麼一點質量在整個銀河系中實在算不上有多大,根本不可能控制銀河系的恆星圍繞它轉動。它之所以亮原因很簡單,首先它的確亮,其亮度是太陽的23倍,其次它離太陽系足夠近,僅僅8.6光年。總之,銀河系中有的是比天狼星質量更大的恆星,因此天狼星不可能是真正的銀心。


  • 假說二 銀心是由一個超大質量黑洞佔據著的,是它控制著銀河系的恆星圍繞銀心運動


當天文學家慢慢意識到,質量越大的恆星燃燒速度越快以後,銀心是一個巨大無比的恆星的假說就退出了歷史的舞臺,無論曾經那裡是否真的存在一個巨大的恆星,但它現在肯定已經熄滅,已經爆炸,不可能持續存在至今,因為太陽系的歷史都有46億年之久,銀河系的歷史就更久遠了,而比太陽大60倍的恆星,其壽命只有大約三百萬年!可60個太陽質量壓根不足以控制銀河系,至於質量更大的恆星,壽命只會更短,所以,無論如何銀心不可能由一顆恆星構成。

此時一種神秘的天體開始出現在天文學之中,那就是神秘的黑洞,黑洞最初的名字是暗星,不發光的大質量神秘天體。黑洞與恆星的一個大差別是,黑洞的質量可以無限增長,並且超大質量黑洞的壽命近乎無限漫長。這兩個特點都暗示著一件事,那就是銀河系的中心很可能存在一個超大質量黑洞,正是它控制著銀河系中恆星的運動。而且,不僅僅是銀河系,很有可能所有星系的中心都藏著這樣一個超大質量黑洞呢。但要怎麼證明這件事呢?

圖示:不識廬山真面,只緣身在此山中 —— 《題西林壁》蘇軾


銀心在哪裡?這問題要是在銀河系外非常遠的地方進行觀察就很簡單,但我們呆在銀河系中,要找到銀心到底在天空的哪個方向,就不是那麼容易了,而且地球還在自轉。無論如何,地球距離銀心實在過於遙遠,因此當我們從地球向銀心方向看過去的時候,宇宙雖然空曠,但銀河系內部的星際塵埃,就像密密麻麻的過濾網,將來自銀心的可見光,紫外線和低能量X射線全都給吸收了,這意味著我們沒法通過這些波長的電磁波或光,得到任何來自銀心的有用信息。但是,銀心在向外發射著強烈的高能量X射線波。對銀心的觀察和研究,只能使用亞毫米波、紅外線以及高能X射線和伽馬射線,通過對這些波段的仔細觀察和研究,天文學家對銀心到底在哪裡,首先取得共識。

圖示:銀心的秘密,射電波段下的銀心,人馬座A*


1954年,澳大利亞天文學家約瑟夫·拉德·波西(Joseph Lade Pawsey),在悉尼的多佛高地進行射電天文學測量,他的團隊建造了一個24米的固定碟形天線,用它發現在射手座中存在極其強大的無線電發射帶。並且他在射手座A的中心附近發現了一個強烈的無線電發射點源,約瑟夫很快意識到,他可能發現了銀河系的中心,儘管它的位置與當時天文學界主流推測的位置相差甚遠。1958年,國際天文學聯合會(IAU)決定採用射手座A的位置作為銀河經度和緯度系統的真正零座標點,銀心的位置到這時候才終於得到確認。


今天我們知道銀心的主體是一個超大質量黑洞

圖示:銀心中心黑洞以及在它附近公轉的恆星。


這個黑洞的質量大約為410萬個太陽,的確這個質量非常誇張,但僅僅依靠這個中心黑洞的質量,還是無法完全控制銀河系。實際上,緊密圍繞這個超大質量黑洞,還有大約1000萬顆古老的恆星,它們大多處於紅巨星狀態,銀心中只有很少一些新生的恆星,它們大約誕生在一百萬年前。黑洞和緊密圍繞黑洞的這些恆星,就構成了銀河系的銀心,這裡是銀河系的關鍵引力區,正是銀心的存在,整個銀河系才沒有分崩離析。


事實上,銀心是銀河系中最古老的一個部分,它本來是一個小星系,通過不斷吞噬其它的小星系,形成了今天的銀河系。而銀河系的成長還沒有停止,在未來銀河系與仙女座星系將合併成一個星系,到那時,銀河系將失去它美麗的旋臂,同時兩個星系的中心黑洞也將發生合併。

圖示:電腦模擬銀河系與仙女座星系合併過程


從地球上看,仙女座星系和銀河系合併的驚心動魄,合併完成後,地球上的夜空將比現在要明亮得多,不過地球到那時已經被太陽吞沒,所以這張模擬圖是給我們看的,不是給後代子孫們看的。



裸猿的故事


銀心也是由大量的恆星組成的,由於這裡恆星的密度非常大,因此看上去像是連成了一片,但如果分辨率足夠的話,還是可以看出一顆顆的單個恆星的。

銀心是銀河系密度最大的區域,越靠中心密度越大。比如太陽附近的空間密度,大約每立方光年只有0.004顆恆星,而銀心區域最密集的地方可以達到每立方光年上萬顆恆星。

銀心的組成主要是年齡在100億年以上的老年恆星,而在銀心的中心,也就是銀河最核心的區域,目前觀測顯示這裡存在一個質量在數百萬太陽質量大小的黑洞,這個巨型黑洞是銀河系最核心的天體。

在黑洞附近,大概有70顆左右的白矮星圍繞著黑洞運動,更外一點的空間中大概有10萬顆的白矮星,這就是銀河系最核心的物質組成了。

而這10萬顆白矮星外面,就是無數的老年恆星,這些恆星基本都屬於第一代恆星,由於質量不是非常大,所以壽命很長,直到今天仍然存在。

目前,外面對銀河系核心區域的瞭解基本就這麼多了,未來新的觀測技術可能會帶來更多的信息,讓我們更瞭解銀河系核心的結構。


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