[科普中國]-水母星云

簡介

編號為Abell 21的發(fā)亮氣體常被人稱為水母星云(Medusa Nebula)。這是一個古老的行星狀星云，位于雙子座，距離我們約 1,500 光年。不僅與希臘神話中的人物美杜莎(Medusa)同名，這個星云也有著一個戲劇化的命運。 行星狀星云是類似太陽這樣的小質量星球演化的最后一個階段，最后拋去了最外的殼層，從紅巨星變成了炙熱的白矮星，發(fā)出的炙熱輻射使整個星云發(fā)亮。

較暗的細絲狀的星云氣體很明顯地延伸到上半部以及新月形狀的左方。水母星云的寬度估計超過4光年。

水母星云的角直徑是50角分（相較之下，滿月角直徑是30角分），和地球的距離預測是5000光年或1500秒差距，因此它的實際寬度大約是70光年或20秒差距。

水母星云的可見光和無線電波影像都顯示它的形狀是殼層狀（殼層狀超新星遺跡原型是 SN 1006），并且包含兩個不同中心和半徑的子殼層互相連接組成。第三個較大的子殼層原本被認為和水母星云相關，現(xiàn)在被認定屬于另一個10萬年形成的更古老超新星遺跡 G189.6+3.3。

值得一提的是，水母星云在X射線影像下的形態(tài)是中心有一個高峰，并且隱約可見軟X射線的殼層。和 和蟹狀星云這類脈沖風星云不同的是，星云內部的X射線主要輻射源并不是星云中心，而是有熱輻射來源。水母星云在外觀上非常類似混合形態(tài)的超新星遺跡?？梢姽夂蚗射線輻射都被位于前景自西北方貫穿至東南方的巨大的分子云大量吸收。

水母星云的年齡至今仍未確定，部分科學家認為它的前身星成為超新星的時間是3千到3萬年前。最近來自錢德拉X射線天文臺和XMM-牛頓衛(wèi)星的觀測確認了一個靠近水母星云南緣脈沖風星云的存在。接近星云X射線高峰的輻射點源是超新星爆炸后留下的中子星，因此該次超新星較可能是大質量恒星死亡時的II型超新星1。

發(fā)現(xiàn)過程大約在八千年前，一顆我們星系內的恒星發(fā)生爆炸。當時的人們可能注意到這顆超新星爆炸所產生的客星，而現(xiàn)代的人類到現(xiàn)在還可以看見它造成的擴張氣殼。在下面影像中，IC 443的部份氣殼可以清楚看出是由許多復雜的絲狀物所聚成，而且有部分正在沖撞周圍的分子云。

沖擊震波激發(fā)了分子氫，使天文學家得以探索高速移動的超新星爆炸云氣，如何影響分子云內的恒星誕生活動。除此之外，天文學家推測沖擊震波可能可以把某些粒子加速到接近光速。超新星遺骸IC 443在紅外光和X射線波段，也被證實會發(fā)出很強的輻射。

超新星遺跡IC443的假色照片里，藍光主要來自受激發(fā)的鐵原子，它也標示出擴張氣殼的位置。不過，特別有趣的是IC443紅色的絲狀物，它是來自受氣殼沖擊的分子云，因為，分子云里的氫受到震波的沖擊激發(fā)而輻射出紅光。

外形特征蜿蜒而又纏繞的燈絲狀物質是由熾熱氣體形成的，該形狀也已經暗示了該星云通俗的稱呼，那就是水母星云。水母星云也被稱為Abell21，是雙子座內一個較老的行星狀星云，距離我們大約1,500光年。

就像它那富有神話色彩的名字一樣，星云還有一段富有戲劇性的形成過程。這個行星狀星云所處的階段是類似太陽的低質量恒星演變的最后階段，也就是它將從紅巨星轉變成白矮星，擺脫外層氣體的階段。從熾熱恒星放射出的紫外線激發(fā)了星云，并使它發(fā)光發(fā)熱。

水母星云實際上是泡泡狀超新星遺骸IC 443的一部分，是一個古老的行星狀星云，位于雙子座，距離地球約5000光年。水母星云同希臘神話中的女妖梅杜莎(Medusa)同名。

梅杜莎本是一個美麗的少女，長著一頭美麗的秀發(fā)，但是她太過驕傲，說自己比雅典娜女神還漂亮，這句話激怒了雅典娜，于是雅典娜用法術將梅杜莎變成了妖怪，把她的秀發(fā)變成了一頭毒蛇，更可怕的是，她的眼睛閃著駭人的光，任何人哪怕只是看上一眼，馬上就會變成一塊毫無生氣的石頭。

在這張清晰彩色影像中，可以看到水母星云演變過程中熾熱的中央星，同時在整個明亮新月形的上方還有一顆較小的藍色恒星。還可以清晰地看到較暗的燈絲狀物質向明亮新月區(qū)域的上方和左側擴散。據(jù)估計水母星云大小約4光年多。

結構狀況通常很暗淡且難以捕捉的水母星云，這次在這張精彩的廣角望遠鏡影像中現(xiàn)出了芳蹤。在雙子座底部井宿一和銊這兩顆黃色恒星的夾擊之下，水母星云是影像中右方懸垂著觸須的弧狀明亮發(fā)射星云。這頭宇宙水母實際上是泡泡狀超新星遺骸IC 443的一部份，它是距離我們5千光年遠的一團恒星爆炸碎片。

除此之外，影像中還可以看見幾乎塞滿影像左上角落的發(fā)射星云IC 444，以及散布在它上面的一些小型藍色反射星云。和天文水族同類的蟹狀星云相似，IC 443的內部也有一顆中子星，它是三萬年前一顆大質量恒星爆炸后所留下來的塌縮星核。

研究受沖擊云氣所發(fā)出來的輝光，天文學家可以獲得超新星的擴張氣殼，如何影響云氣里恒星誕生的信息。另外，天文學家也宣稱受到震波沖擊的粒子，有些會加速到接近光速。

超新星遺跡環(huán)境水母星云位于反銀心方向（銀經 l=189.1°），相當接近銀道面（銀緯 b=+3.0°）。許多天體位于和水母星云相同的天球區(qū)域：電離氫區(qū) S249，數(shù)顆年輕恒星（雙子座OB1星協(xié)成員星），以及另一個更古老的超新星遺跡 G189.6+3.3。

水母星云這個超新星遺跡是在一個含有大量物質且復雜的環(huán)境中演變，而這樣的環(huán)境也強烈影響它的外觀。多波段觀測結果顯示了水母星云周圍有極大的密度梯度，以及不同幾何形狀的云氣。推測原本的大質量恒星年齡大約只有3000萬年，因此在生命結束時仍在它形成時的云氣內。質量更大的恒星，例如O型主序星可能會因為它強大的恒星風將周圍環(huán)境的物質清除或產生光離子化輻射。早期型B型主序星質量大約在8到12倍太陽質量之間，其恒星風不足以造成跟O型恒星一樣的狀況，因此在發(fā)生超新星爆炸時可能會和周圍已存在云氣交互作用。因此水母星云會有如此復雜的環(huán)境也就不足為奇了。例如超新星遺跡中位于濃密分子云附近的可觀測部分（2006年Green列出265個中的50個）中有大部分（約60%）和周圍的云氣有明顯的交互作用跡象。

X射線和可見光觀測都可看到在水母星云西北自東南向有一條暗色線。靜態(tài)氣體分子的光譜發(fā)射線在相同走向上被偵測到，這可能是來自觀測者和殘骸之間巨大的分子云，這可能是吸收低能量超新星遺跡發(fā)射線的主要來源。

水母星云的東南側是爆震波和極高密度（約10,000 cm?3）的塊狀分子云交互作用的區(qū)域。這使爆震波經過的發(fā)光氣體在外觀上是環(huán)狀的。爆震波已經被分子云大幅度減速，現(xiàn)在的速度大約是30–40 km s?1[10]。OH 分子的邁射（頻率1720 MHz）輻射是一個強有力的超新星遺跡和高密度分子云交互作用的追蹤目標，而該邁射已被偵測到。有趣的是，一個伽馬射線輻射源和水母星云的邁射發(fā)射區(qū)域在空間上是一致的[12]，雖然目前尚未詳細了解是否與超新星遺跡相關。

在東北側則有可見光亮度最高的絲狀結構，是超新星遺跡和另一個非常不同的環(huán)境中物質交互作用的結果。這個區(qū)域震波直接和中性氫（HI）區(qū)相碰撞，該區(qū)域的密度較低（約10-1,000 cm?3），因此速度遠較南側邊緣高（80–100 km s?1）。在西側因為物質密度更低，且較均值，因此震波直接突破該區(qū)域1。