不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

【作者:黄媂】

目前我们已经进入“多信使天文学”的时代,这个词的含义是获取天体的信息已经不局限于“光”这一渠道了,现在有

4种获取天体信息的渠道:电磁辐射、宇宙线、中微子、引力波。

  • 电磁辐射——电磁场的变化、粒子运动状态的跃迁。

电磁辐射就是平常我们所说的“光”,它是由于电磁场的变化或者是由于粒子运动状态所导致的跃迁产生的。

  • 宇宙线——高能粒子流‘电子、质子’

宇宙线并不是光线,实际上是宇宙里面的高能粒子,主要由电子和质子等等这样一些粒子构成的,宇宙线的产生往往需要一些剧烈的天体活动过程,比如“超新星爆发”。

  • 中微子——弱相互作用粒子

在太阳产生辐射的过程里面不断地有中微子从太阳核心发射出来,但是我们并没有感觉到任何中微子对我们会产生影响,它的原因就是在于中微子的和普通的物质几乎不发生相互作用。另外中微子也要往往和一些剧烈的天体活动有关系,超新星爆发同时也是一个重要的中微子辐射源。

  • 引力波——引力场的变化

引力波是用由于宇宙空间里面引力场的变化而产生了一种波,通常双星系统里的两颗恒星在相互绕转,并且在逐渐靠近的过程里面会改变周围的时空结构,在向外传播的时候就会产引力波。

不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

电磁辐射是目前获取天体信息的主要来源

电磁辐射既有波动性也有粒子性:

波动性是以变化的电磁场来传递能量的,所以它具有特定波长和强度的波动性,它的波长范围可以短到0.01Å-30m,(1Å=10-10m, Å是反应波长的一个特别单位,它的大小是10的负10方米),长的可以到几十米。

在真空里面电磁辐射的速度就是光速,电磁辐射的粒子性能表现在它又是由光子构成的,光子的能量和辐射的频率有关系,频率越高光子所具有的能量也就越高。

根据电磁辐射的波长,从长到短可以分为:射电、红外、光学、紫外、X射线和 γ射线,可见光又可分解为七色光,其中最长的是射电波段,最短的是γ射线波段,这些都是观察研究天体最传统的波段范围。

不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

全波段天文学时代

目前已经进入到全波段天文学的时代,它的含义是说我们对于天体的研究已经不再局限于传统的可见光波段,而是把它拓展到从射电到γ射线的全波段,因为这样可以给我们提供来自于天体更加全面的、完整的信息。

举例说明:

4类不同的天体:

  • 气体云:它的温度只有几十K。
  • 原恒星:一个正在形成恒星的胚胎,而它的温度大约几百K。
  • 太阳:一个正常恒星它的温度达到了几千K。
  • 星团:一个由恒星组成的集团,它的温度达到了几千K。

图中给出了这4类不同的天体所产生的辐射的能谱,图上面分别给出了黑色的线条,两条竖线对应着可见光波段所对应的范围,如果在可见光波段去观察这些天体的话,最明显得到它们的辐射是对应着正常恒星这些天气的,因为辐射最强的地方恰好地落在了可见光的波段,但是对于比较冷的气体云和原恒星来讲它的主要辐射的波段分别落在了射电波段和红外波段和红外波段,对于更高的天体来讲它的辐射移到了紫外波段,所以对于这些不同的天体由于它们的温度不一样,就必须要采取不同的观测波段,这是为什么要开辟全波段天文学的一个主要原因。

不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

「黄媂」总结:通过全波段的观测才能揭示天体的性质

即使是同一个天体,由于它的物理环境和它性质的复杂性,也需要借助于全波段才能够揭示它的性质。

不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

图解:星系M51

举例说明:

「星系M51」在不同波段的图像反映了星系里面不同成分的物质所产生的辐射:

  1. 射电波段的观测反映的是来自于星系里面的中性气体,这些中性气体明显地分布在两条旋臂状的结构上面。
  2. 红外波段和光学波段的观察图像分别反映了来自于星系里面极小质量和小质量恒星所产生的红外和光学辐射,它们反映恒星依然具有悬臂状的分布,但是在整个盘面上也分布着很多恒星。
  3. 紫外波段的观察反映大质量恒星的紫外辐射,在紫外波段的恒星明显集中地分布在旋臂上面,说明大质量恒星更倾向于在旋臂上的分布。
  4. X射线波段反映的是来自于星系核心、星系盘的辐射和一些星系的气体辐射。
不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

能够产生X射线辐射的天体包括星系里面的黑洞、中子星以及热气体,所以不同波段的辐射实际上来自于星系里面的不同的成分,它们的物理分布,它们所处的物理环境和对应的物理性质并不完全一样,只有借助于全波段的观测才能够得到星系的整体的图像。

不同波段的图像反映了星系里面不同成分物质所产生的辐射

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【作者:太空生物学·黄媂】

【编辑:天体生物学·黄姤】

【旁述:余生】

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