M1 -蟹狀星雲

M1

M1就是著名的蟹狀星雲,它是一團無定形的膨脹氣體雲。 1731年,英國天文愛好者比維斯首次用小型望遠鏡發現了這個朦朧的橢圓形霧斑。

  • 中文名稱
    M1蟹狀星雲
  • 拉丁縮寫
    NGC1952
  • 赤經
    h:m05:31.5(0531+21)
  • 赤緯
    (deg:m)+21:01

蟹狀星雲

M1就是著名的蟹狀星雲它是一團無定形的膨脹氣體雲。它被劃為行星狀星雲但本質上與典型的行星狀星雲完全不同。它已被證認為超新星遺跡。

M1星雲M1星雲

歷史記載

中國史書上有關于1054年北宋仁宗至和元年7月4日凌晨4點左右出現的特亮超新星事件的觀測記載。這個超新星爆發時亮度超過金星約為金星的四倍也就是-6等,它的遺跡(爆發過程中拋射的氣體雲)就是現在看到的蟹狀星雲。《宋會要》記載“初至和元年五月晨出東方守天關。晝見如太白芒角四出色赤白凡見二十三日”23日指白天看到天數在夜空中被肉眼持續觀測了653天1054超新星被西方天文界稱為“中國超新星”。亞歷桑那州的Navaho Canyon和White Mesa以及新墨西哥州的Chaco Canyon國家公園的發現表明這顆超新星也有可能被Anasazi印地安人記錄下來在Chaco Canyon Anazasi藝術線上網站上可以找到有關這項研究的綜述。另外德克薩斯大學的Ralph R. Robbins也發現新墨西哥的Mimbres印地安人也可能描述過這顆超新星。1054年的這顆超新星現在按照變星規則命名為金牛座CM。它是少數幾個位于我們的銀河系內的歷史上被觀測到的超新星之一。

發現過程

星雲狀遺跡在1731年被John Bevis發現並且被標記在他繪製的大布列顛天文圖冊Uranographia Britannica上。1758年8月28日當時正在尋找首次按預言回歸的哈雷彗星的Charles Messier獨立地發現了它最初他認為這是顆彗星。當然很快他就意識到它完全沒有位移于1758年9月12日將它標記下來。正是這個天體的發現促使Charles Messier開始編纂他的星雲表。也正是這個天體的發現使他產生了用望遠鏡搜尋彗星的想法因為這個天體在他的小折射望遠鏡中跟一顆真正的彗星1758 De la Nux, C/1758 K1非常相似參見他的記錄。1771年6月10日Messier從一封信中知道了Bevis先前的發現並且承認了Bevis的最早發現權。

1731年英國天文愛好者比維斯首次用小型望遠鏡發現了這個朦朧的橢圓形霧斑。1771年刊布的《梅西葉星表》把它列為第一號天體M1。在《星雲星團新總表》中它的編號是NGC1952。1844年英國W.P.羅斯用他自製的大型反射望遠鏡觀察到星雲的纖維狀結構。他根據目視觀察的印象把星雲描繪成蟹鉗狀因而名為蟹狀星雲並沿用至今。

這個星雲因為1844年左右Ross爵士繪製的一幅素描而被命名為“蟹狀星雲”。在最早期的觀測中MessierBode和William Herschel正確地描述了這個星雲是不能被分解成恆星的但是William Herschel卻認為這是個星團可以被更大的望遠鏡分解出來。John Herschel和Ross爵士錯誤地認為它“剛好可以被分解”成恆星。他們和其他人包括1850年代的Lassell顯然將其中的纖維結構誤認為可以分辨的恆星了。

19世紀末由Winlock等人進行的早期光譜觀測揭示了這個天體的氣體本質。M1的第一張照片是

1892年用20英寸望遠鏡拍到的。最早的詳細光譜分析是

1913到1915年間由Vesto Slipher完成的他發現光譜中的發射線是分裂的這在後來被認為是多普勒效應的結果其中一部分星雲正在接近我們這樣譜線就會藍移而另一部分則遠離我們譜線紅移。Heber D. Curtis根據Lick天文台的照片在他的描述中將這個天體暫時歸類為行星狀星雲Curtis

1918這種觀點到1930年就被否定了但這種錯誤的分類方式仍然出現在許多最新的手冊中。

1921年Lowell天文台的C.O. Lampland在比較用42英寸反射望遠鏡得到的精細照片時發現星雲的各部分都有明顯的運動和變化亮度也在變化其中星雲中心那對恆星附近的幾塊小區域內的變化更是非常戲劇化Lampland 1921。同一年Wilson山天文台的J.C. Duncan比較了相差11.5年拍攝的照片發現蟹狀星雲以每年平均0.2"的速度膨脹追溯這一運動可以發現這個膨脹始于大約900年前Duncan 1921。同樣在這一年Knut Lundmark發現這個星雲與1054年超新星有關Lundmark 1921。

1942年根據Wilson山天文台的100英寸Hooker望遠鏡的觀測Walter Baade計算出精確的膨脹年齡為760年這意味著星雲是在1180年左右開始膨脹的Baade 1942後來的觀測將這一時間修正為1140年。實際超新星爆炸是發生在1054年這表明星雲的膨脹必須是加速的。星雲由超新星炸出的物質組成現在已經擴散到直徑大約10光年的範圍內並且仍以高達1,800千米/秒的超高速向外膨脹。它的發射線譜由兩個主要部分組成這最早是由Roscoe Frank Sanford在1919年通過分光觀測發現的參見Sanford 19191930年的由Walter Baade和Rudolph Minkowski所做的照相觀測也證實了這一點。首先是發射線譜包括氫發射線來自星雲中偏紅色的、構成雜亂無章的網路狀結構的亮纖維部分這與彌漫氣體星雲或是行星狀星雲相似。

另一部分是連續譜來自星雲中偏藍色的背景部分是由高度偏振的“同步加速輻射”產生的。同步加速輻射是由強磁場中的高能快速運動電子發射出來的。這一解釋最早是由蘇聯天文學家J. Shklovsky (1953)首次提出的並且被Jan H. Oort and T. Walraven (1956)的觀測所支持。同步加速輻射也出現在宇宙中其他的“爆發”過程中比如不規則星系M82的活動核心和巨橢圓星系M87的奇特噴流。蟹狀星雲在可見光波段的這種驚人性質可以從英澳天文台Anglo Australian Observatory的David Malin用Palomar望遠鏡拍到的照片和Paul Scowen在Palomar山上拍到的照片中清楚地看出來。

1948年蟹狀星雲被識別為一個強射電源被命名和標記為金牛座A後來被稱為3C 144。星雲發出的X射線也在1963年4月被Naval Research Laboratory發射的載有X射線探測器的Aerobee型探空火箭發現這個X射線源被命名為金牛座X-1。

通過1964年7月5日的月掩蟹狀星雲觀測以及1974年和1975年同樣的觀測證明X射線是從一個至少2角分的區域內發射出來蟹狀星雲通過X射線發射的能量比它在光學波段的能量高100倍左右。盡管如此即使在可見光波段這個星雲的光度也是非常巨大的它的距離為6,300光年這是由Virginia Trimble (1973)精確測量得到的這樣它的視亮度對應的絕對星等就是-3.2等左右超過太陽光度的1000倍。它在所有波段的總光度估計是太陽光度的100,000倍也就是5*10^38爾格/秒

1968年11月9日一個脈沖射電源蟹狀星雲脈沖星也被稱為NP0532“NP”是指NRAO美國國家射電天文台脈沖星或者PSR 0531+21在M1中被發現。發現者是位于波多黎各的Arecibo天文台的天文學家利用的望遠鏡是300米的射電望遠鏡。這顆脈沖星是照片中位于星雲中心附近的那對恆星中右側西南方的那顆。這顆脈沖星也是第一顆被發現的光學波段脈沖星是亞歷桑那州Tucson市Steward天文台的W.J. CockeM.J. Disney和D.J. Taylor在1969年1月15日當時時間晚上9:30分根據Simon Mitton的記錄是世界標準時1969年1月16日3:30分利用Kitt峰上的90釐米36英寸望遠鏡發現的他們發現它閃爍的周期與射電脈沖星的周期一樣都是33.085毫秒。這顆光學脈沖星有時也以超新星的標記法命名為金牛座CM。

現在認為這顆脈沖星是快速旋轉的中子星它每秒鍾自轉大約30圈這個周期被定得很精確因為中子星表面的“熱斑”幾乎在電磁波的所有波段都放出脈沖。中子星是個致密的天體比原子核密度還高把超過一個太陽質量的物質聚集在30千米的範圍內。它與星雲中磁場的相互作用使得旋轉逐漸變慢這也是使星雲發光的主要能源就像前面提到的這個能源比我們的太陽要強100,000倍。在可見光波段這顆脈沖星的視星等為16等。

這顆非常小的星星的絕對星等為+4.6等與我們的太陽在可見光波段的光度相當 Jeff Hester和Paul Scowen利用Hubble太空望遠鏡來研究了蟹狀星雲M1可以參考Sky & Telescope雜志1995年1月第40頁。他們利用HST進行的持續研究為研究蟹狀星雲及其脈沖星的動力學和演化提供了新的證據。最近HST的天文小組還研究了蟹狀星雲的核心部分。這個天體受到了如此之多的關註以至于將當時的天文學家分成了大致相當的兩個部分一部分人的工作與蟹狀星雲有關而另一部分則是無關的。

1969年6月在亞歷桑那州的Flagstaff召開了一次“蟹狀星雲研討會”會議結果可參看PASP 1970年5月第82卷——Burnham。1970年8月在Jodrell Bank天文台舉行的IAU國際天文學會第46次研討會也是專註于這一天體的。Simon Mitton在1978年寫了一本很好的關于蟹狀星雲M1的小冊子至今仍然是最通俗易懂和資料最豐富的這也是這裏的許多資料的來源。蟹狀星雲可以相當容易地通過金牛座Zeta星或者金牛座123星找到。這顆星是公牛的“南側尖角”是顆3等恆星可以容易地在畢宿五金牛座Alpha星的東偏東北方向找到。M1就在Zeta星偏北1度偏西1度的地方就在另一顆六等恆星Struve 742的偏南一點偏西半度的位置。這個星雲可以容易地在晴朗黑暗的天空中看到同樣也很容易被非理想條件下的天光背景所掩蓋。

M1在7x50或10x50的雙筒鏡中可以剛好被看到呈現為一個暗斑。更大一點的倍率可以看到它是個卵形星雲狀光斑周圍被霧氣所環繞。在一架至少4英寸口徑的望遠鏡中一些細節會顯現出來星雲的內側可以看到一些微弱的色斑和條紋結構John Mallas報告說在最好的條件下有經驗的觀測者可以看到它們遍布星雲的內側。愛好者們可以證實Messier的印象M1在小儀器中看起來確實像一顆沒有彗尾的暗彗星。隻有在最佳條件下用更大的望遠鏡至少16英寸口徑以上纖維狀和精細結構才能被看到。由于蟹狀星雲離黃道隻有1度半的距離所以經常會發生與行星會合的現象偶然會被行星遮掩也會發生被月亮掩食的現象前面提到過幾次。 M1剛好位到銀河中。金牛座Zeta星是顆奇特的仙後座Gamma型變星是顆快速自轉的、光譜型為B4 III的恆星向外噴出一層膨脹的氣體殼層它還有一顆暗弱的分光伴星公轉周期約133                                                  

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