我们的星系最黑暗的地方有什么?

巴纳德68星云常被误认为是太空中的黑洞,但实际上它是一个稠密、不透明的尘埃云——目前是这样

This photograph shows an unusual sky field in the Milky Way band. It is centered on one of the classical, dark globules, known as Barnard 68 (B68). It appears as a compact, opaque and rather sharply defined object against a rich, background star field.

巴纳德68星云(B68)的景象,这是一个距地球约500光年的黑暗而多尘的星云。

ESO

现在,喜欢欣赏天体奇观的人们比以往任何时候都更幸福。每天,至少有无数地面或太空天文台传来令人惊叹的新快照,每个天文台都提供了外星世界、爆炸的恒星、碰撞的星系或任何其他天体物理现象的新景象。这些图像大多是对宇宙力量和难以想象的规模的赞歌,它们从史诗般的暴力中雕刻出令人惊叹的美丽。

但并非我们星系(或更远)中的一切都是如此炫耀性混乱的结果。一些最引人注目的天体物体是安静、稳定甚至平静的——而且非常黑暗,它们不仅不发出可见光,而且实际上吸收它,创造出如此深邃的黑暗,以至于它们似乎是太空中切出的一个缺口。

这些阴影广阔区域有许多别名——暗星云、尘埃云、星云结——但我更喜欢称它们为博克球状体,这个名字是为了纪念研究它们的荷兰裔美国天文学家巴特·博克而命名的。


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博克球状体是宇宙尘埃的小而稠密的团块;数百万个散布在我们的星系周围。它们是冷的并且对可见光不透明,以至于直到最近,看到它们的唯一方法是在更明亮的背景物质的轮廓中。虽然不如它们的恒星工厂表亲那样引人注目,例如猎户座星云,但博克球状体仍然可以制造恒星,尽管是以更手工的方式:它们一次制造一个或几个,这些恒星大部分隐藏在尘埃深渊深处,远离我们窥探的眼睛。

在我们用望远镜可以看到的所有暗球状体中,我最喜欢的无疑是巴纳德68,俗称B68。它位于距地球约500光年的地方,是一个大致呈逗号状的煤黑色云,宽度仅为半光年,跨度约为五万亿公里。我们很容易看到它,因为它位于蛇夫座,以我们银河系恒星密集的中心为背景。B68在我们看来是负空间,没有恒星。

为什么它如此黑暗?虽然主要由氢气组成(就像我们星系中的几乎所有其他物质一样),但B68也含有丰富的碳。其中一些元素被锁定在小分子中,例如一氧化碳,但其余大部分反而存在于长而复杂的分子中,这些分子构成了天文学家通常所说的尘埃。尘埃的一个显着(或消光)特征是其阻挡可见光的能力。

尘埃云确实可能非常黑暗。就B68而言,位于我们另一侧的任何恒星的光线都将减弱15万亿。为了说明这一点,将我们天空中的太阳调暗这么多会将其降低到四等星,即使在轻度光污染的天空中也很难发现。如果您在B68的一侧,而太阳在另一侧,那么太阳的光线在半光年的距离上会衰减到肉眼看不见的程度。

如此极端的黑暗使得B68——以及更普遍的博克球状体——经常被错误地识别。几年前,天文学家发现了巨大空间的存在,这些空间基本上没有星系;这些被称为宇宙空洞,可以跨越数百万光年。唉,我见过很多关于它们的令人兴奋的视频和文章,都用B68的图像来说明。作为一名天文学家,看到这个错误让我很恼火,因为这些是非常不同的物体,但这也相当有趣,因为所讨论的实际空洞比我们友好的附近博克球状体大数百万倍。

B68吸收光线的惊人能力依赖于数量惊人的少量尘埃。即使在其中心,也就是密度最大的地方,B68每立方厘米也只有不到一百万个物质粒子。这听起来可能很多,但在这里地球上,它将被评为实验室级真空——在海平面,我们星球的大气层每立方厘米包含约1019个分子,这使得您呼吸的空气比最佳状态下的B68稠密10万亿倍

尽管B68具有包罗万象的黑暗,但我们可以辨别出它的密度,因为像任何云一样,它在其外围变得更加稀薄。这创造了一个有趣的情况:从我们的角度来看,我们可以通过其边缘相对较薄的物质看到一些背景恒星,但是我们越靠近中心观看,光线被吸收得越多。恒星在云的周边显得明亮,但当我们靠近中心观看时,它们会逐渐变暗。因为尘埃倾向于比红光更好地吸收蓝色光,红光可以更容易地穿过,所以这些恒星不仅仅是褪色;它们还会变红。而红外光更容易穿过B68,因此调谐到这些波长的望远镜可以看到更多的恒星。天文学家可以使用这种变红和变暗来测量云内部有多少尘埃

使用其他技术,他们还可以测量B68的温度。博克球状体非常寒冷,B68也不例外,在其边缘记录到令人不寒而栗的-256摄氏度,在其中心降至仅-265摄氏度。这几乎高于绝对零度!

然而,那微弱的温暖足以支撑球状体对抗自身的引力。B68质量不是很大,仅包含大约太阳质量的三到四倍,但这通常仍然足以引起引力坍缩。然而,微薄的内部热量使B68膨胀,就像热气球一样(或者,更准确地说,是一个极度寒冷、接近真空的气球)。

但这种脆弱的僵局不会永远持续下去。对B68的仔细观测显示,似乎有两个不同的“核心”,它们由更高密度的物质组成,一个靠近其中心,另一个在其东南边缘附近的粗短“尾巴”中(在本文上方照片的左下方)。无线电波观测表明,这个尾巴曾经是一个独立的、较小的云,现在正在与B68合并,破坏了云内部引力的微妙平衡。因此,B68现在可能正在坍缩,这意味着这片黑暗的云可能真的有一个光明的未来:它将形成一颗恒星。

随着物质向自身坍缩,中心密度会增加,温度也会随之升高。这将持续数十万年,直到在云的核心中,一颗恒星诞生(也许不止一颗,因为B68中有足够的物质来形成几颗类似太阳的恒星)。如果发生这种情况,云中剩余的几乎所有物质都将被新生恒星的光吹走——也就是说,除了可能被恒星引力捕获的一小部分,这些物质可能会凝结并依次坍缩,形成一个注定形成行星的物质盘。

谁知道呢?再过几十亿年,生命甚至智慧可能会在其中一些世界上出现,以至于在遥远的未来,外星天文学家会向外窥视,想知道他们所看到的宇宙,这是他们不可能通过B68年轻的、吞噬星光的雾霾瞥见的景象。也许到那时,地球和太阳早已消失,银河系也将变成一个非常不同的地方。即便如此,在这样的结局中也能找到安慰,因为知道我们曾经以非常相似的方式开始;我们的太阳诞生于一个巨大的、尘埃昏暗的星云中,该星云最终点亮了数千颗其他恒星,一个恒星育儿所,就像它的宇宙孩子一样,早已消散

宇宙中的一切都是短暂的,其中大部分是循环的。我们很荣幸能够观察我们现在所能观察到的,即使我们所看到的是非常难以看到的东西。

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