韦布拍摄的船底座星云中的NGC 3324的全彩图。图中显示出八角芒的天体是银河系内的恒星。 图片来源:NASA, ESA, CSA, and STScI
只有那些看起来特别亮的点状天体才会产生芒角。而能够在望远镜里显得特别亮的天体当然首推银河系内的恒星。事实上,韦布拍摄到的深场图、南环状星云、“斯蒂芬五重奏”与船底座星云里的绝大多数八角星都是银河系内的天体。
二、韦布照片里的八角星都是恒星吗?
答案是否定的。上面我们说过,绝大多数带有芒角的点状源是银河系内的恒星。我们强调“绝大部分”,是因为还有例外——有些八角星是其他天体。
韦布拍摄的NGC 7319(位于“斯蒂芬五重奏”图像顶端)的核心就是一个反例:它的中红外图像显示出明显的八角芒,但它不是恒星,而是一个明亮的活动星系核。
韦布拍摄的“斯蒂芬五重奏”。左为近红外相机拍摄的近红外图像,右为MIRI拍摄的中红外图像。中红外图像中,位于顶端的NGC 7319的核心显示出明显的八角芒。 图片来源:NASA, ESA, CSA, STScI
NGC 7319核心的强烈的中红外辐射意味着它核心的外围富含尘埃。尘埃不同程度地遮蔽了核心区域发出的强列的紫外线、可见光与近红外线。尘埃自身被紫外线与可见光加热后,温度升高,发出了强烈的中红外辐射。
活动星系核比星系小得多,如果它们异常明亮,那么从遥远的距离看过去就像明亮的恒星,用一些望远镜拍摄它们时也会显示出芒角,韦布拍摄的NGC 7319核心的中红外图像的八角芒就是这种情况。
必须指出的是,在韦布之前,其他望远镜也早已拍摄到一些明亮的活动星系核,它们也显示出明显的衍射芒角。下图中由哈勃拍摄的类星体(活动星系核中最亮的一类)3C273就是一个例子,它显示出了明显的四角芒。
哈勃的WFPC2拍摄的类星体3C273(位于图中心)的可见光图像,具有明显的环状衍射图案与四角芒。3C273是人类发现的第一个类星体。 图片来源:ESA/Hubble & NASA
活动星系核的巨大亮度一度是一个谜。不过,过去几十年的研究已经在理论上基本达成一个共识:活动星系核核心的中心有巨大的黑洞,黑洞周围的气体与尘埃围绕着黑洞下落,形成“吸积盘”;吸积盘中的物质落向黑洞的过程中,会将自身的引力势能的一部分转化为内能,使自身的温度升高,发出非常明亮的紫外、可见光、红外辐射。紫外线与可见光加热了周围的尘埃,使其发出红外线为主的辐射。
活动星系核的结构示意图。中心黑点为黑洞(Black Hole),黑洞周围的盘为吸积盘(Accretion Disk),外围的环(Torus)由气体与尘埃构成。 图片来源:NASA
活动星系核周围的尘埃往往是环状的,如果观测者与活动星系核之间恰好被尘埃环挡住,活动星系核的吸积盘发出的强烈光芒就会被遮蔽。这种情况下,尘埃环自身的中红外辐射就比较突出。
由于韦布在中红外方面出色的探测能力,它在研究活动星系核外围的尘埃方面有着独特的优势。对这些尘埃发出的中红外辐射的研究,对于人们了解活动星系核的尘埃的物理性质甚至尘埃环的几何位形都有重要的作用。
活动星系核中的黑洞与吸积盘构成的系统会还会发射出喷流(jet)。这些喷流垂直于吸积盘的方向,速度接近真空中的光速,喷流内部会产生大量射电辐射。不过,仅有一部分活动星系核会产生喷流。上面的类星体3C 273的图中,中心左上的条状物就是它发出的一条喷流。
三、为什么不同波长的图像中的芒角的明显程度不同?
韦布发布的图还有一个特征:对同一对象拍摄的图,近红外与中红外的芒角的明显程度不一样。
以韦布拍摄的NGC 7319的两张图像为例。这个星系的核心的近红外图像只隐约显示出芒角,而它的中红外图像却显示出非常明显的八角芒。这是因为NGC 7319的核心的尘埃发出的中红外辐射比近红外辐射亮得多。
南环状星云(NGC 3132)中心的恒星也体现出“不同波段的芒角明显程度不同”的特征,但情况却完全相反:它的中红外图像中的芒角比近红外图像的芒角弱得多。这是因为这颗星温度较高,它的中红外比近红外辐射暗得多。