蟹状星云的详细介绍

华歆王朗2023-05-07  25

1921年,美国科学家把两批相隔12年的蟹状星云照片进行了仔细和反复的比较之后,确认星云的椭圆形外壳仍在高速膨胀,速度达到每秒1300公里。1942年,荷兰天文学家奥尔特以其令人信服的论证,确认蟹状星云就是1054年超新星爆发后形成的。

蟹状星云还是强红外源、紫外源、X射线源和γ射线源。它的总辐射光度的量级比太阳强几万倍。1968年发现该星云中的射电脉冲星,它的脉冲周期是00331秒,在1982年毫秒脉冲星发现前,保持了已知脉冲星中周期最短的纪录。目前已公认,脉冲星是快速自旋的中子星,有极强的磁性,是超新星爆发时形成的坍缩致密星。蟹状星云脉冲星的质量约为一个太阳质量,其发光气体的质量也约达一个太阳质量,可见该星云爆发前是质量比太阳大若干倍的大天体。星云距离约6300光年,星云大小约12光年×7光年。

公元1054年7月4日(宋仁宗至和元年五月二十六日)《宋史·天文志-第九》记载:“至和元年五月己丑,出天关东南可数寸,岁余稍没”;《宋会要》中记载:“嘉祐元年三月,司天监言:‘客星没,客去之兆也’。初,至和元年五月,晨出东方,守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日”。这是关于一颗超新星的记载,它的残骸,就是我们现在看到的蟹状星云。

1888年出版《星云星团新总表》列为NGC1952,《梅西耶星团星云表》中列第一,代号M1。蟹状星云的名称是英国天文爱好者罗斯命名的。M1是最著名的超新星残骸。这颗位于金牛座的超新星爆发当时估计其绝对星等达到了-6等,[注:绝对星等---假设天体在一个标准距离远处---326光年的亮度,太阳的绝对星等为48]相当于满月的亮度,它的实际光度比太阳高5亿倍,在白天也能看到,给当时的人们留下了极深刻的印象。不仅如此,它的遗迹星云至今的辐射也比太阳大,射电观测发现它的辐射强度和波长之间的关系不能用黑体辐射定律解释,要发射这样强的无线辐射,它的温度要在50万度以上,对一个扩散的星云来说,这是不可能的,前苏联天文学家什克洛夫斯基1953年提出,蟹状星云的辐射不是由于温度升高产生的,而是由“同步加速辐射”的机制造成的。这个解释已得到证实。蟹状星云中央脉冲星的发现,获得了1974年的“诺贝尔物理奖”,它是1982年前发现的周期最短的脉冲星,只有0033秒,并且直到现在,能够在所有电磁波段上观察到脉冲现象的只有它和另一颗很难观测的脉冲星。这颗高速自旋的脉冲星证明了30年代对中子星的预言,肯定了一种恒星演化理论:超新星爆发时,气体外壳被抛射出去,形成超新星遗迹,就象蟹状星云,而恒星核心却迅速坍缩,由恒星质量决定它的归宿是颗白矮星或是中子星或是黑洞。中子星内部没有热核反应,但它的能量却又大得惊人,比太阳大几十万倍,这样大的能量消耗,靠的是自转速度的变慢,即动能的减少来补偿,才能符合能量守恒定律。第一个被观测到的自转周期变长的中子星,恰好是M1中的中子星。总之,人类对蟹状星云的研究占了当代天文学研究的很大比重,也的确得到了相当比重的研究成果。

根据中国历史记载,在现在蟹状星云的那个位置上,曾经有过超新星爆发,那就是1054年7月4日(宋仁宗至和元年的五月己丑)大约寅时出现的、特亮的天关星“天关客星”。

天关客星

中国宋朝司天监对那次爆发作出过观测,史料中有以下记载:

“己丑,客星出天关之东南可数寸。嘉祐元年三月乃没。”见:李焘,《续资治通鉴长编》(北京:中华书局,2004二版),卷176,页4263)

《宋史·天文志-第九》:“至和元年五月己丑,出天关东南可数寸,岁余稍没。”

《宋史·仁宗本纪》:“(嘉佑元年三月)辛未,司天监言:自至和元年五月,客星晨出东方,守天关,至是没。”

《宋会要》:“嘉佑元年三月,司天监言:‘客星没,客去之兆也’。初,至和元年五月,晨出东方,守天关。昼如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。”

日本《明月记》:“天喜二年四月中旬以后,丑时客星出觜参度,见东方,孛天关星,大如岁星。”

总括以上文字,可得知在“宋至和元年五月己丑”(即1054年7月4日)开始,有“客星”出现在天关(即金牛座ζ星)附近,星的颜色是赤白。在最初的23天,即使在白昼,其光度如“太白”(即金星)。直至一年多后的“嘉祐元年三月辛未”(即1056年4月5日)才消失不见。

这个客星真是一个“不速之客”,来了就不走。在23天的时间里,像太白金星一样亮,白天都可以看到,即所谓“昼见如太白”“凡见二十三日”。客星看不到的日期是1056年4月6日,距离客星出现的日期1054年7月4日已经整整过了643天。在这将近两年的时间里,只要能看到客星。司天监的人员总是坚持不懈地进行观测,他们详细地记录了客星的位置、颜色和亮度变化。这些详细的观测资料虽然大部分已经遗失,但仅是这流传下来的简短记载,已经使后人敬佩不已了。

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