网友提问:
银河系最里边那个亮点是什么东西?是银河系的一个大太阳吗?
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答:银河系中心很大一块亮度很高的区域,是分布非常密集的恒星组成。
由于在银河系中心和地球之间,产生过无数次的超新星爆炸,爆炸后的残留物质在星际空间中形成暗星云,导致银河系中心发出的可见光被阻挡,于是在地球上看时,形成了明暗相间的银河。
如果我们到银河系上方,看到的银河系如下图所示,该图是科学家根据银河系的相关数据,用计算机模拟绘制的:
可以看到,在银河系中心附近,存在一个亮度很高的区域,我们称之为“银心”,银心直径约2万光年,厚度约1万光年;在银河系中心是一个430万倍太阳质量的超大质量黑洞,但是黑洞所占体积并不大。
据估计,银河系中心黑洞附近,恒星之间的平均距离还不到1光年;而在我们太阳系附近,恒星之间的平均距离是6光年,换算成体积分布的话,银河系中心附近的恒星分布密度,是太阳系附近的几百倍。
银河系属于棒旋星系,拥有大约2000亿恒星,有着数十万个星团;而我们太阳系,只是位于猎户座旋臂一颗毫不起眼的恒星,可以看到太阳系附近的亮度并不高,基本可以算是银河系的“郊区”了。
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银河系最中心的亮点不是一颗大太阳,要知道,银河系照片的跨度代表一二十万光年(1光年将近10万亿公里),而太阳的直径也只有140万公里,如果银河系照片能够显示出某颗恒星,那这恒星的尺寸将会是光年尺度,这显然是不可能的。
之所以银河系中心看起来十分明亮,是因为那里分布着密度远高于其他地方的恒星。并且银心中的恒星大都是大质量恒星,它们大都要比太阳更亮更大,所以银心在整个银河系中显得非常明亮。随着与银心的距离增加,恒星密度依次递减。到了银盘边缘,恒星密度大幅降低,所以银盘看起来明显暗于银心。
银心的恒星密度高到令人咂舌,在最中心附近的每立方光年空间中,存在着多达29万颗恒星。这意味着在距离中心1秒差距(即3.26光年)之内,存在着超过四千万颗恒星。相比之下,在距离银心2.6万光年的太阳附近1秒差距,只有太阳一颗恒星,那里的恒星密度仅为0.004颗/立方光年,只有银心的七千万分之一。
在整个银河系中,平均每颗恒星相距约4光年,而银心那里只有6光天。正因为银心有着极高密度的恒星,所以那里的亮度远高于银河系的其他地方。
之所以会有大量的恒星聚集在银河系中心,这与银河系的形成方式有关。银河系最初从宇宙大爆炸留下的原始气体云中形成,随着气体云的自转,大部分物质都集中到银心,所以那里有大量的材料来形成恒星。
由于星际尘埃挡在地球和银心之间,使得我们在地球上无法直接用肉眼看到亮度极高的银心。不过,银心发出的无线电波、红外线和伽马射线等电磁波可以穿透星际尘埃抵达地球,所以借助相应波段的天文望远镜就能观测银心。天文学家得以发现,在布满恒星的银心中,潜伏着一个能够吞噬光的超大质量黑洞。但与整个银河系的质量相比,银心超大质量黑洞很小,它并没有什么影响力,只对那些直接环绕它运动的恒星产生影响。
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首先,银河系最里面也不是一个亮点,而是一个黑点,如今我们知道那是一个黑洞,超大质量黑洞完全是黑的,不可能是太阳!
为什么网络上很多银河系示意图看起来银河系里面很明亮呢?银河系中心黑洞虽然很大,但相对黑洞周围密密麻麻的天体数量总和就显得很小了。
银河系中心周围布满了恒星,运行速度非常快,同时距离中心更近的恒星由于碰撞等原因轨道会发生变化,被黑洞吞噬,在吞噬的过程中会发出非常强大的能量,造成了银河系中心非常的明亮。除此之外,黑洞周围的恒星非常密集也会让中心附近变得比较明亮!
所以,很多时候,示意图就会把银河系中心描述的非常明亮,毕竟银河系直径有20万光年,黑洞的大小相对于20万光年太小了,示意图上很难显现出来。不过也有在银河系中心直接标准黑洞图像的示意图,这都无所谓,大家明白究竟是什么情况就可以了!很多示意图都是方便大家理解的!
最后说一点,也正是通过对银河系中心附近的恒星运动轨迹的研究,才让天文学家们发现了银河系中心的超大质量黑洞,同时,科学家们还发现,几乎每一个星系中心都有一个超大质量黑洞!
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在没有光污染的晚上,夜空中的银河系灿烂映衬在整个天幕下,其中有一篇区域看起来也更加明亮,那就是银河系的核球。这里远不止一个大太阳,是一个包含400万太阳质量的大黑洞和数亿的“大太阳”组成的高密度恒星集团),事实上,几乎每一个大星系都存在这样的核球。核球的平面半径近1万光年,垂直半径(厚度)有5000光年左右,主要由大量的老年恒星组成。这里的星际风刮的更加强烈,辐射也更加的强,气体云密度也较高,恒星生成速率比银河系的边远地区更快。
核球的中心是一个超大质量黑洞,因为在人马座方向,所以又叫做人马座A*,它强大的引力在周围束缚了一个半径数百光年的吸积盘,吸积盘中大量的尘埃和气体在高速摩擦运动中,也会产生大量的光和热,加上中心的黑洞喷流和绵延近1万光年的高密度恒星群,银河系的中心显得格外明亮。
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银河系最里边那个亮点是什么东西,是银河系的一个大太阳吗?
银河系中没有一个亮点,能看到明亮核心的都是通过银河系无数星星的位置建立3D模型后的棒旋状星系形状,我们在地球上看,即使再好的天体条件和合适的时间条件(比如夏天)也只能看到一块模糊的亮斑,而在这个亮斑中心似乎还有隐隐绰绰的黑色斑块穿过!这就是银道面上的尘埃带!上图就是我们在地球上(北半球)能看到的银河系,当然在任何区域我们都无法用肉眼看到这个效果,上图是用相机通过数十秒曝光后叠加的银河形象!中间一条有些弯曲的连续黑斑就是银道面上的尘埃,因为太阳系也在银道面上,因此对我们产生了比较严重的遮挡效果,因此真正的银心区域在可见光波段是难以观测清楚的!
上图中的左图是根据欧空局盖娅的银河系恒星位置测量卫星观测到的数十亿颗恒星后建立的上帝角度银河系的样子,我们太阳系在位于银河系中心约2.6万光年的位置!右图则是实际观测到的银河系形状,当然这是在近地轨道上的多次成像后拼接而成!
这就是银河系数十亿颗恒星位置测定后建立的3D模型,我们现在可以很清楚的看到核球处是一团恒星,并不是一颗超大的恒星!并且根据银河系的分类,它是属于棒旋星系,中心的核球是一个椭球,它长轴约4~5千秒差距,厚约4千秒差距(1秒差距约为3.26光年),占了整个银河系约10~20%的质量,这样的话大概就对银河系中心这个核球的大小有了一个概念!那么问题来了,整个银河系约包含了1000亿~4000亿颗恒星,即使是围绕核球公转的,那么核球的那么多恒星是围绕什么天体公转的呢?
当然这核球的中心必定有一个更大质量的天体,而核心区周围的尘埃遮挡,因此只能在X射线波段观测,上图是钱德拉X射线望远镜观测到的银心X射线耀斑,这是超大质量黑洞吞噬物质所爆发出的X射线!当然中子星和白矮星吞噬物质也会有大量辐射,但两者无论是规模上还是X射线的能量上都有比较大的区别!
当然这些特征都是被吞噬的物质受到吸积盘的压缩的高温而使物质原子中的电子受激所发射,能量越大,那么频率也将越高,因此X射线耀斑几乎就是黑洞吞噬物质的特征!根据对X射线耀斑能量的分析,银心黑洞的质量高达400万倍太阳质量以上,并且它仍然在不断的吞噬物质而不断增加!
上图是十几年里银心附近的恒星围绕这个看不见的天体公转的过程,当然银河系中也不止这一颗恒星,而核球区域疑似黑洞的密度很高,据估计,甚至有数千个疑似黑洞存在!
钱德拉X射线太空望远镜发现的银心附近众多X射线源头,中心黑洞Sgr A*的位置已经标记,这些可见光波段难以觅其踪影的黑洞群构成了银心质量的重要来源,而银河系数千亿颗恒星正在围绕这个它们公转,日复一日,年复一年!