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对氢原子“人口普查”(2)

2018-10-07 12:21:36 网络整理 阅读:133 评论:0

天文学家可以追踪氢原子们的百亿年演化过程,找到氢原子们现在分布在哪里,推算出我们的银河系应该分到了多少个氢原子。然而科学家通过天文望远镜观测到的银河系中氢原子数量与理论推算值严重不符,几乎少了一半。这是怎么一回事呢?

星系人口普查

在星系中,物质能躲藏的地方并不多。恒星基本不可能漏掉,现在光学望远镜非常强大,几乎所有的恒星都逃不过它们的眼睛。至于星际间那广阔无垠的空间,虽然那里的氢原子密度仅有每立方米几百个原子,几乎就和真空一样,但也并非难以观测的。

对氢原子“人口普查”(2)

首先,在恒星附近由氢原子组成的气体云,在被它们所环绕的恒星加热后,会发出射电波段的辐射,使得天文学家可以利用射电望远镜来描绘出这些气体在天空中的分布情况。其次,那些远离恒星的氢气体云观测难度大些,虽然这里的氢原子密度达到每立方米数万亿个,而且还大量收缩形成氢分子云,但在这样恒星光芒无法照耀的星际空间里,温度极低,那些低温的氢分子云不会稳定地发出射电或红外辐射,所以不能直接被观测到。不过,幸运的是,在氢分子云里还能形成一氧化碳,氢分子云的大小与一氧化碳形成量之间存在一定的比例关系,而一氧化碳分子是会发出射电辐射的。所以,就算我们不能直接看到氢分子云,根据观测到的一氧化碳的量,也完全可以推测出那儿有多少氢分子。总而言之,以各种形式存在于恒星和星际空间中的氢原子的数量,天文学家都能一一把它们清点出来。

但即使把所有这些氢原子藏身的地方都清点出来,整个银河系氢原子数目与理论预测值还是相差太远。

漏查了星际尘埃

天文学家不得不承认,要想在小小的地球上找到银河系所有氢原子的藏身之地,,确实是件很困难的事。好在天文望远镜的功能越来越强大,它们有能力把银河系再细细排查一遍。美国航天局的康普顿伽马射线空间望远镜是当代世界上最先进的天文望远镜之一,它从 1991 到 2000 年间,一直在收集来自银河系的高能伽马射线源的数据。天文学家在分析这些观测数据时,发现了许多身份不明的伽马射线源,分布遍及整个银河。当天文学家把康普顿望远镜得到的伽马射线源分布图和其他观测进行比较的时候有了惊人的收获。他们发现,那些身份不明的伽马射线辐射源竟然是从星际尘埃聚集区域发射的!高能的宇宙射线与尘埃颗粒发生剧烈碰撞,激发出了这些伽马射线。星际尘埃是恒星核聚变合成的碳、氧、硅等元素形成的固体颗粒,在恒星形成时被甩到了星际空间而已,它们总是伴随着大量氢分子云。

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