HH天体

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发现与观察史

  第 一个赫比格-哈罗天体在19世纪由Burnham所观测。他在利克天文台使用36吋 折射望远镜观察金牛T星时,发现附近有一处类似星云的斑点;然而这个发现被纪录为新的 发射星云(Burnham星云),而不是新型态的天体。

   金牛座T是一颗非常年轻的 变星,也是一颗金牛座T型星的原型星,内部尚未达到流体静力与重力崩塌作用力间的平衡,并由星球中心以核聚变产生能量。

  1940年代,Haro跟Herbig开始各自独立进行相关的研究。Herbig也观测Burnham星云,并发现其电磁波谱相当不寻常,在氢、硫与氧的波段有显著的 暗线。Haro则发现类似的天体在红外线波段皆不可见。

  接着两人在土桑的天文学家会议上相会,起先Herbig仅略微提到他所观察到的这些天体,但在听闻Haro的发现后,他才提出更多详细的研究成果。当时的苏联天文学者Viktor Hambardzumyan提案以两位研究者为这类型 天体命名;由于这些天体是在年轻的金牛座T型星附近发现的,他因此认为这些天体是金牛座T型星演化的早期型态。

  研究显示,HH天体皆高度电离化;早期理论家推测HH天体内部可能有低光度的热恒星。然而,HH天体的光谱缺乏红外光线频段,表示其内部没有星体(恒星会散发大量红外线)。稍晚的研究则认为星云内部有 原恒星;但最新的研究显示,HH天体是被年轻恒星所喷射出的物质,与周遭的星际物质以超音速碰撞所造成的现象;其冲击波产生了 可见光以及辐射。

  1980年代早期,更多观测成果揭示了HH天体的本质。HH天体是新生恒星的高密度物质喷流;新生恒星诞生的前数十万年间,通常被一片气体物质所形成的吸积盘环绕着;吸积盘内侧的物质,因高速转动的能量而电离化,产生的等离子于吸积盘的垂直面射出,称为极喷射;当这些电离化的物质与 星际空间的气体以高速碰撞、产生冲击波以及明亮的辐射时,就成为我们所观测到的赫比格-哈罗天体。

赫比格-哈罗天体HH47赫比格-哈罗天体HH47

形态特点

  HH天体则呈现出多姿多彩的形态特点:有的像树的纽节一样;有的呈弓形;有的呈短棒状;有的像彗星一样有明亮的头部和弥漫的尾巴;还有的就像一小团弥散的星云。虽然HH天体本身的尺度大小不一,但由它们组成的HH天体喷流尺度可达几个 秒差距(pc)(Bally&Devine1997)。

光谱特点

   HH天体的一个突出特点是它具有一些特殊的低激发能态的光谱,常见的有[SII]、[OI]、[NII]以及Hα线,而缺乏光学波段的连续谱(实际上有些HH天体在蓝端有很弱的连续谱,这是双光子过程 紫外辐射的延伸)。这说明它不同于发出 连续光谱的恒星,而显现出带有 发射线的气体星云的特点。

  研究表明,HH天体的光谱主要有两类,一类是中性原子产生的允许线和禁线,如[OI],OI,[CI],[NI]等,另一类是由低激发能的离子发出的允许线和禁线,如[CaII],CaII,[FeII],MgII,[SII]等,它们的强度要比普通气体星云中光致电离造成的 谱线强得多(Rripurth1991)。

  HH天体除了 光学辐射外,还普遍具有近红外辐射(主要是2.12μm氢分子的转动-振动 跃迁谱线)。此外在许多HH天体中还观测到了强的紫外和射电辐射。紫外辐射涉及到中性氢原子的双光子过程和氢分子在Lyman波段的荧光辐射(Schwartz1983),射电辐射则来源于电子自由-自由跃迁产生的连续谱。

HH天体的光谱(Reipurth 1989)HH天体的光谱(Reipurth 1989)

物理本质

  典型而完整的HH天体是由许多knot密集排列或成直线排开组成的喷流结构,这种喷流结构实际上反映出了HH天体的本质:它是一种来源于年轻星的喷出物,确切地讲,是年轻星体喷出的高速气体冲入星周气体时被激发的气体团块。当高速星风从年轻星体的两极方向吹入星周气体时会形成激波,在激波过后逐渐冷却下来的区域里,在合适的温度(Te~7000K)、密度(ne~n×103-n×104cm-3)条件下,一些气体团块会激发出某些特殊的谱线,光学波段主要是一些碰撞激发线,从而形成光学可见、带有特定激发线的HH天体。目前,被广泛接受的HH天体定义是:与恒星形成区紧密成协的小规模激波激发区,通常有某些特定的光谱以区别于光致电离区(Reipurth,1999)。

ρ Oph暗云区新发现的HH天体ρ Oph暗云区新发现的HH天体

数量与分布

   目前所观察到个别的HH天体或HH天体群数量已有400多个。HH天体普遍存在于恒星形成的电离氢区中,与包克球(一种包含年轻恒星的 暗星云)邻近;这些暗星云通常就是HH天体喷流的源头。单一原恒星可以重复喷射许多次,因此往往可以观察到数个HH天体沿着喷流母星的极轴分布。

  近几年大量发现新的HH天体,但就比例来说,分布在银河系中的HH天体却相当少。俱估计,银河系中应该有150000个左右的HH天体存在,然而目前的科技无法对数量如此庞大的天体群进行搜寻与观测。大多数的HH天体都在距离喷流源0.5秒差距的范围内,只有非常少数在1秒差距之外。然而,有一些HH天体与喷流源的距离远达数个秒差距,这也许表示HH天体附近的星际物质密度并不高,使得喷流可以在消散之前,于真空之中移动一段很长的距离。

ρ Oph暗云区新发现的HH天体ρ Oph暗云区新发现的HH天体

动向与变化

  天文 光谱学 的观测结果估计,HH天体正以秒速100至1000公里的高速远离喷流母星。近年来 哈柏太空望远镜的连续观测,清楚拍下了HH天体自行运动的高解析影像。借由视差法分析这些影像,可以得知这些HH天体与地球的距离。

  随着物质远离喷流源,进入星际物质的HH天体,在外观和型态方面会在数年之中慢慢改变;喷流中的某些团块亮度可能会有所增减,或是完全消散;也可能会有新的团块出现。喷流物质的速度差异也可能会造成HH天体外观的改变。

  喷流母星并非是持续稳定地喷射物质,而是以脉冲的方式,在同一个方向将气体和灰尘一股股地释放到宇宙中。每次喷流脉冲的速度可能有所不同,并使喷流物质彼此碰撞,在团块的表面形成冲击波。

连续五年的影像显示HH47的喷流物质正在移动连续五年的影像显示HH47的喷流物质正在移动

红外线观测

   HH天体的喷流源头-年轻恒星及大质量的原恒星,往往被浓厚的 星际气体云所遮盖;这些气体甚至会发出比原恒星还明亮的光,将原恒星的微弱光芒彻底遮掩,因此以可见光波段是无法对这些喷流源进行观测的;只有红外线与无线电波能够穿透层层阻碍,到达地球。这些辐射大多是由高温的氢 分子云所放射而出。

  近几年的 天文观测,已拍摄了大量HH天体的红外线影像,大多数的影像都呈现出与船首行进波类似的弯曲弓形,称为红外线弓形冲击波。这些红外线弓形冲击波的影像显示喷流物质的前端正因与星际物质高速碰撞而释出高温,远比能够以可见光观测的喷发还要来的剧烈。

  红外线弓形冲击波的成因与可见光的HH天体本质上是一样的,差别只在于与邻近星际物质碰状而产生的能量辐射型态。喷流物质与分子云碰撞会造成红外线弓形冲击波,而与离子的 游离态物质碰撞则产生可见光。

猎户座中一个双极喷流的红外线影像猎户座中一个双极喷流的红外线影像

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