M45

M45
         M45
  M45(昴(mǎo)宿星团,简称昴星团)是梅西耶天体之一,又称七姊妹星团,在NGC天体中没有编号。它是一个大而明亮的疏散星团,位于金牛座,赤道坐标为赤经03h47.0m,赤纬+24°07′,距离为380光年,视星等1.6,视大小110.0角分,类型‘C’。史前时代就已经为人所知了。公元前1000年到700年之间,被hesiod提到过。M45裸眼就可以轻易的看见,肉眼通常见到有六颗亮星,形成斗状。成员星数在200个以上,是一个很年轻的星团。昴星团也是一个移动星团。
  这群以蓝色高温恒星为主的星团是在最近的一亿年形成的,由微量的灰尘形成的反射星云围绕在最亮星的附近,起初被认为是星团形成时留下的,但是现在知道只是目前正在经过,与星团无关的尘埃云。天文学家估计这个星团大约可以再存在二亿五千万年,之后就会被银河系的引力扯碎,散布在邻近的星空之中。

星团概况

·星团的名字

  中国古代,昴宿为二十八宿之一,这些恒星则称昴宿七(Atlas)、昴宿增十二(Pleione)、昴宿四(Maia)、昴宿一(Electra)、昴宿增六(Celaeno)、昴宿二(Taygeta)、昴宿五(Merope)、昴宿六(Alcyone)和昴宿三(Sterope)。
  古希腊天文学家,来自尼多斯古城(Knidos)的欧多克索斯(Eudoxus,公元前403-350年)和来自Phainomena的Aratos(公元前270年)将它们单独列为一个星座:Clusterers。Admiral Smyth在他的《贝德福德星表(bedford catalog)》中也提到了这一点。
  Burnham指出它的英文名“Pleiades”可能的起源,不是来自于希腊语中的“扬帆远航”,就是来自于“pleios”这个单词,意思是“丰满的”或者“许多的”。笔者更喜欢另一种观点,认为这个名字可能是源于神话中七姐妹的母亲,Pleione,这也是其中比较明亮的一颗恒星的名字。
  昴星团又被称为“七姐妹”星团;昴宿星团中最明亮的七颗星在希腊神话中称为普勒阿得斯七姐妹,分别为迈亚(Maia)、塔宇革忒(Taygeta)、厄勒克特拉(Electra)、阿尔库俄涅(Alcyone)、斯忒洛珀(Asterope)、刻莱诺(Celaeno)和墨洛珀(Merope)。还有他们的父亲擎天神阿特拉斯(Atlas 昴宿七)和母亲美花之神普勒俄涅(pleione 昴宿增十二)。做为擎天神的女儿,毕宿也是昴宿的姐妹们,称为许阿得斯。
  古代日本人把昴星团看成美丽的首饰,对此拥有特别的情意结,有日本流行歌曲以此作题材,如歌唱家谷村新司代表作《すばる》(即关正杰的粤语歌曲《星》与罗文的《号角》),日本国立天文台1998年在夏威夷落成启用的一台8.2米望远镜称作“昴”(Subaru),富士重工业生产的汽车品牌为Subaru等等
  它们的波斯名称是“soraya”,是以伊朗前女皇的名字命名的。它们在旧欧洲(即英国和德国)的名字说明人们曾经将它们比喻成一只“带着一群小鸡的母鸡”。其他的文明传述着关于这个肉眼可见星团的更多其他的传说。

·星团的移动

七姐妹星团M45
     七姐妹星团M45
  1767年,约翰·米契尔(John Michell)牧师利用昴星团,计算了在天空中的任意位置,能够找到这样一个由恒星随机排列而成的星群的概率,发现其可能性为1/496,000。因为还有更多类似这样的星群,因此他得出了正确的结论,这些星群应该是有物理联系的星团(michell 1767)。
  大约在1846年,在Dor Pat工作的德国天文学家mädler(1794-1874)注意到,昴星团中的恒星相互之间没有可以测量的相对运动;由此他大胆地得出以下的结论,这些恒星是在一个更大恒星系统的静止中心区域形成的,而这个恒星系统是以昴宿六(Alcyone)为中心的。这一结论不可避免地受到了其他天文学家的反驳,尤其是friedrich georg wilhelm struve(1793-1864)。然而,昴星团一致的本动速度证明了它们在空间中是成团运动的,进一步暗示了他们形成的是一个物理的星团。

·星团的年龄

  根据来自日内瓦的一个小组发表的最新计算结果(G.Meynet, J.C.Mermilliod, and A.Maeder in astron. astrophys. suppl. ser. 98, 477-504, 1993),昴星团的年龄为1亿年。这比早期发表的“权威”年龄大了许多,以前的年龄通常在6千到8千万年之间(例如,sky catalog 2000给出的年龄为7千8百万年)。还有计算表明,昴星团可以以星团的形式继续存在约2亿5千万年(kenneth glyn jones);此后,它们会沿着各自的轨道分散成单颗恒星(或是聚星)。
  经由星团和恒星演化理论模型的比较,从赫罗图可以估计出星团的年龄。使用这种技术,估计昴宿星团的年龄再7500万至1亿5000万年之间。在估计年龄上的扩散度是恒星演化模型不确定的结果,特别是模型中包含了所谓的对流过冲(对流超射)现象。这是恒星内部的对流层是否击穿非对流层的现象,结果可能使年龄显得较高。
  另一种估计星团年龄的方法是搜寻低质量的恒星。一般主序带上的恒星,锂在核融合反应中会很快的被摧毁,因为它的燃烧点只有250万K,而质量最大的棕矮星最后会将锂摧毁。因此测量星团内质量最高的棕矮星是否有锂的存在,可以估计出星团理想的年龄。使用这种方法估计的昴宿星团年龄是1亿1500万岁。
  星团的相对运动最终将推导出它们的可能的位置,从地球观察未来数千年的位置,将会经过目前猎户座的脚下。同样的,像多数的疏散星团一样,昴宿星团的没有足够的引力维系整个集团,当它与其他的集团接近或遭遇时,有些成员可能会被潮汐的重力场抛射出去。计算的结果认为在2亿5000万年后,昴宿星团将会因为与巨分子云的重力交互作用而消失,而且银河系的螺旋臂也会加速它的崩溃。

·星团的距离

  在被称为宇宙距离的阶梯上,昴宿星团的距离是很重要的第一步,依序完成整个宇宙的一序列距离标尺。第一步的大小是校准整个阶梯的基础,因此使用了许多方法来测量第一步的标尺。由于昴宿星团是如此的靠近地球,相对的,它的距离也很容易测量。正确的距离知识,允许天文学家使用赫罗图来测量星团的距离,与距离已知的星团比较图形,就可以估计待测量星团的距离。其他的方法可以延伸测量的距离从疏散星团至星系,乃至于星系团,宇宙距离的阶梯就被建构起来了。对昴宿星团距离的认知,最终可以影响到天文学家对宇宙年龄的理解和未来的演变。
  欧洲航天局的天文测量依巴谷卫星(Hipparcos)最近直接用视差法测量了昴星团的距离;根据这些测量,昴星团距我们380光年(此前采用的数值是408光年)。新的距离数值需要对昴星团中恒星相对较暗的视星等给出解释。
  在依巴谷卫星发射之前,一般认知的昴宿星团与地球的距离是135秒差距。依巴谷卫星利用星团中恒星视差 —一种直接和准确的技术,测量的结果是118秒差距,使天文学家大为惊讶。后续的工作发现依巴谷卫星对昴宿星团距离的测量是错误的,但是并不知道发生错误的原因。目前认为昴宿星团距离的上限值大约是135秒差距(相当于440光年)

·星团的类型

  昴星团的trumpler类型被定为ii,3,r型(trumpler,根据Kenneth Glyn Jones的说法)或者i,3,r,n型(götz和sky catalog 2000),意味着这个星团似乎是独立的,向中心高度聚集或是中等聚集,其中恒星亮度的分布范围较大,成员星较多(超过100颗)。

·反射星云

M45的云气
           M45的云气
  昴星团星云是蓝色的,这意味着它们是反射星云,反射着位于它们附近(或者之中)的明亮恒星的光线。这些星云中最明亮的部分,即围绕在昴宿五周围的星云,是在1859年10月19日被(意大利)威尼斯的顿泊(Tempel)利用4英寸折射镜发现的;它被收入星表中,编号为NGC 1435。星云向昴宿四延伸的部分在1875年被发现(即NGC 1432),围绕着昴宿六,昴宿一,昴宿增六和昴宿二的星云在1880年被发现。完整的昂星团的复杂性,直到1885年到1888年间,巴黎的Henry兄弟和英国的Isaac Roberts发明了第一架天文照像机之后,才被揭露出来。1890年,E.E.Barnard发现星云物质有一个非常靠近昴宿五的恒星状聚集中心,它被编入IC星表,编号为IC 349。1912年,Vestom.Slipher分析了昴星团星云的光谱,揭露了它们的反射星云本质,因为它们的光谱与照亮它们的恒星的光谱一模一样。
  本质上来说,反射星云很可能是分子云中的尘埃部分,与昴星团无关,只是刚好穿过昴星团而已。它并不是形成星团的星云的残余部分,这可以从以下事实中看出来,星云与星团拥有不同的径向速度,它们正以每秒6.8英里,即每秒11千米的速度相互穿越。

星团中的星体

  这个星团的半径大约是8光年,而潮汐半径达到43光年。据统计星团中被证实的成员已经超过1000颗,大部分是暗淡的恒星,分布在超过2度(月亮直径的4倍)的天区中。与其他疏散星团相比,它们的密度相当低。这也是昴星团的年龄估计相当低的原因之一。它们主要是年轻、高温的蓝色星,依据观测环境的不同,裸眼最多能看见14颗亮星。最明亮的恒星排列有些类似于大熊座小熊座,星团的总质量估计大约是太阳质量的800倍。

·恒星

  昴星团中有些高速自转的恒星,表面的旋转速度为150到300千米/秒,这在光谱型为(A-B)型的主序星中是普遍现象。由于这种旋转,它们一定是扁圆的椭球体,而不是球体。这种旋转之所以能够被发现,是因为它会使得光谱吸收线变得更宽,更发散,因为相对于恒星的平均径向速度而言,位于恒星一侧的部分恒星表面正在接近我们,而另一侧却在远离我们。这个星团的快速自转恒星中最突出的例子是昴宿增十二(Pleione),这也是颗变星,亮度介于4.77和5.50等之间(Kenneth Glyn Jones)。O.Struve曾经预言这样的旋转会导致恒星抛出气体包层,1938年到1952年间,对昴宿增十二的光谱分析观测到了这一现象。

·白矮星

  Ecilia Payne-gaposhkin提到昴星团中包含着一些白矮星(WD)。这给恒星演化提出了一个特殊的问题:白矮星是怎么出现在一个如此年轻的星团中的?由于存在着不止一颗白矮星,因此可以相当肯定这些恒星原来都是星团的成员星,并不都是被捕获的场恒星(总之,捕获过程在这样一个相当松散的疏散星团中效率并不高)。[译注:场恒星,field stars,是指独立的,不成团的恒星。] 按照恒星演化理论,白矮星的质量不可能超过大约1.4倍太阳质量的上限(钱德拉塞卡极限,the chandrasekhar limit),更大质量的白矮星会因为它们自身的重力而塌缩。但是如此低质量的恒星演化得极慢,需要几十亿年才能演化到最后阶段,昴星团短短1亿年的年龄显然是不够的。
  唯一可能的解释是,这些白矮星曾经是大质量恒星,因此它们可以快速演化,但是一些原因(比如强烈的恒星风,邻近恒星的质量吸积,或者快速自转)使他们失去了大部分质量。结果,它们可能将大部分质量都抛入太空,形成了行星状星云。总之,最后剩下来的恒星(即原来的恒星核)质量一定低于钱德拉塞卡极限,这样它们才可能演化到稳定的白矮星阶段,从而被我们观测到。

·褐矮星

  1995年以来对昴星团的最新观测发现了几个异常类型恒星的候选者,或者说是类似恒星的天体,即所谓的褐矮星(brown dwarfs)。这种迄今为止仍然只是假说的天体被认为质量介于巨行星(比如木星)和小恒星(恒星结构理论指出最小的恒星,即在其生命阶段中可以通过核聚变制造能量的天体,质量最少不得低于太阳质量的百分之6到7,即60到70倍木星质量)之间。因此褐矮星的质量应该拥为木星质量的10到60倍左右。理论上,它们可以在红外光波段被观测到,直径与木星相当或更小(143,000千米),密度是木星的10到100倍,因为强得多的引力会将它们压得更紧。

M45的观测史

  按照Kenneth Glyn Jones的说法,已知的文献中,最早提到这个星团的是公元前1000年左右的Hesiod(burnham认为,它们在当时被看成与农业季节有关)。荷马在他的《奥德赛(odyssee)》中提到过它们,圣经也有三处涉及到昴星团。1769年3月4日,梅西耶将昴星团作为第45号天体,编入了他的第一版星云星团列表之中,发表于1771年。
  昴星团在人类历史的最早时期就被人们所熟知了。至少有6颗成员恒星可以被肉眼看见,而在中等条件下,这个数字会增加到9颗,在极清澈的黑暗天空中,这一数字会跳增至12颗以上。Vehrenberg在他的《深空奇观图册(atlas of deep sky splendors)》一书中提到,在1579年,望远镜发明之前很久,天文学家Moestlin就已经正确地画出了11颗昴星团中的恒星,而开普勒(Kepler)引用的观测则将这一数字增加到了14。

星团的观测方法

M45在星图中的位置
M45在星图中的位置
  即使用肉眼,在一般的条件下,昴星团也是相当容易找到的,位于明亮的红巨星毕宿五(Aldebaran,金牛座α,87号星,0.9等,光谱型k5 iii)西北方接近10度的位置。或者如图从飞马座的大四方形,从室宿二到壁宿二的方向,延伸找到奎宿九,天大将军,天船三,英仙座弧线延伸如同找到M45。或者从金牛座的毕宿五向天大将军的方向找,也可以找到。
  明显包围在毕宿五周围的,是另一个同样著名的疏散星团,毕星团(Hyades);现在知道,毕宿五并不是毕星团的成员,只是一颗前景恒星(距离我们68光年,而毕星团的距离为150光年)。
  在双筒镜或者广角镜中,这个星团是个壮观的天体,在11/5度的直径范围内可以显示超过100颗的恒星。对望远镜来说,即使在最低放大率下,这个星团也大到无法在一个视场中看到全貌。星团中拥有许多双星和聚星。昴宿五星云NGC 1435需要黑暗的天空才能看见,在广角镜中观测效果最佳(Tempel是用一架4英寸望远镜发现它的)。

·月掩昴星团

  由于昴星团距离黄道较近(只差4度),星团被月亮掩食的现象会经常发生:这是非常吸引人的奇景,尤其对于那些只拥有廉价器材的爱好者来说(事实上,你用肉眼就可以观测它,不过即使最小的双筒镜或者望远镜都会增加观测的乐趣)。这样的现象可以形象地说明月亮与这个星团之间的相对大小:Burnham指出月亮可以被“塞进由”昴宿六,昴宿一,昴宿五和昴宿二“组成的四边形内”(在这种情况下,昴宿四,甚至昴宿三都会被月亮挡住)。同样,行星也会运行到昴星团附近(金星火星水星甚至偶尔会从其中穿过),展示出壮丽的景象。