大质量年轻星团和超星团.pptx
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1、大质量年轻星团和超星团大质量年轻星团和超星团 大质量年轻星团大质量年轻星团 Massive Young Cluster(MYC)超星团超星团 Super Star Cluster(SSC)银河系星团的经典分类法银河系星团的经典分类法 银河系内的恒星集团通常银河系内的恒星集团通常分为分为3大类:大类:1.疏散星团疏散星团 2.球状星团球状星团 3.星协星协疏散星团疏散星团 外形较不规则,星数比较少,从几十个到上外形较不规则,星数比较少,从几十个到上千个,质量通常不超过千个,质量通常不超过 。成员星团内分。成员星团内分布较松散布较松散,中心聚度较低。线直径中心聚度较低。线直径1.5-15 pc,大
2、,大局部在局部在 2-6pc 之间,且多数略呈扁状。因高度集之间,且多数略呈扁状。因高度集中于银道面附近,银面聚度高,故又称银河星中于银道面附近,银面聚度高,故又称银河星团。团的累积绝对星等团。团的累积绝对星等 0m至至-9m,峰值在,峰值在-3.5m左左右。金属度比较高,年龄一般不超过右。金属度比较高,年龄一般不超过1Gyr,但,但年龄譜比较宽,最年轻的只有几百万年,属于扁年龄譜比较宽,最年轻的只有几百万年,属于扁平子系或极端星族平子系或极端星族I(年轻星族(年轻星族I)。在运动学特)。在运动学特征上,疏散星团绕银心的转动速度比较大,但速征上,疏散星团绕银心的转动速度比较大,但速度弥散度小,
3、运动轨道与银道面的交角很小。度弥散度小,运动轨道与银道面的交角很小。球状星团球状星团 外形较规则,星数少则几千,多可达几百外形较规则,星数少则几千,多可达几百万,质量范围为万,质量范围为 。成员星在团内。成员星在团内呈球对称分布,中心聚度很高,中心区通常无法呈球对称分布,中心聚度很高,中心区通常无法分辨出单颗恒星。线直径大多在分辨出单颗恒星。线直径大多在40pc到到150pc 之之间。球状星团离散分布于银晕中,银面聚度小,间。球状星团离散分布于银晕中,银面聚度小,但有一定的银心聚度。绝对星等大多在但有一定的银心聚度。绝对星等大多在-5m和和-9m之间(银河系最亮球状星团之间(银河系最亮球状星团
4、Cen的累积视星等的累积视星等3.6m,绝对星等,绝对星等-10.4m)。金属度很低,年龄一)。金属度很低,年龄一般为般为 10 Gyr 或更老,属于球状子系或极端星族或更老,属于球状子系或极端星族II(晕星族)。星团绕银心的转动速度小,但速(晕星族)。星团绕银心的转动速度小,但速度弥散度大,运动轨道可以与银道面交任意角。度弥散度大,运动轨道可以与银道面交任意角。星协星协 可分为可分为 O(OB)星协和星协和 T 星协两类;前者是星协两类;前者是O、B型星的集团,几乎所有的型星的集团,几乎所有的O、B型星都位于型星都位于O 星协之中星协之中,后者是金牛后者是金牛 T 型变星的集合体。两型变星的
5、集合体。两类星协都属于扁平子系或极端星族类星协都属于扁平子系或极端星族 I,有很高的有很高的银面聚度,与银面聚度,与HII区、尘埃物质云以及年轻星团区、尘埃物质云以及年轻星团一起可能都分布在银河系的旋臂区域。星协比疏一起可能都分布在银河系的旋臂区域。星协比疏散星团大得多,散星团大得多,O 星协直径通常在星协直径通常在30200pc之之间,间,T 星协也可达几十秒差距。通常认为星团是星协也可达几十秒差距。通常认为星团是束缚恒星系统,而星协则是一些年轻、不稳定的束缚恒星系统,而星协则是一些年轻、不稳定的非束缚系统,年龄不超过年非束缚系统,年龄不超过年 年年,在银河系,在银河系潮夕力场的作用下,它们
6、会比较快地瓦解。潮夕力场的作用下,它们会比较快地瓦解。星团经典分类法的缺陷星团经典分类法的缺陷 上述分类法的基础是对银河系的观测结果。上述分类法的基础是对银河系的观测结果。1.早期对河外星系中的星团知之甚少。银河系早期对河外星系中的星团知之甚少。银河系是旋涡星系,经典分类法未必完全适用于早型星是旋涡星系,经典分类法未必完全适用于早型星系和不规则星系。系和不规则星系。2.银河系是一个正常星系,目前它不处于活动银河系是一个正常星系,目前它不处于活动期,经典分类法很可能并不适用于非正常星系。期,经典分类法很可能并不适用于非正常星系。3.银道面附近星际消光非常严峻,光学观测难银道面附近星际消光非常严峻
7、,光学观测难以探测到低银纬的远距星团;目前所观测到的星以探测到低银纬的远距星团;目前所观测到的星团样本很可能是不完备的,尚未观测到的星团也团样本很可能是不完备的,尚未观测到的星团也许并不适用星团的经典分类法。许并不适用星团的经典分类法。问题的产生问题的产生 随着观测技术的提高,特别是空间天文观随着观测技术的提高,特别是空间天文观测技术和可见光以外的其他波段观测手段的逐测技术和可见光以外的其他波段观测手段的逐步实现,观测到了越来越多的河外星系中的星步实现,观测到了越来越多的河外星系中的星团,以及银河系中深藏于星际云中的内埋星团团,以及银河系中深藏于星际云中的内埋星团(embedded clust
8、er)。这些星团的某些性质与)。这些星团的某些性质与经典分类系统中的疏散星团或星协相似,而另经典分类系统中的疏散星团或星协相似,而另一些性质则类同于球状星团,从而对经典的星一些性质则类同于球状星团,从而对经典的星团分类法提出了挑战,团分类法提出了挑战,MYC 和和 SSC以及其他以及其他一些相关的概念便是在这样的背景下提出的。一些相关的概念便是在这样的背景下提出的。超星团的发现超星团的发现 1960年代初,年代初,Hodge在在LMC内观测到了内观测到了35个年老的个年老的“红色红色”球状星团,及球状星团,及23个年轻的个年轻的“蓝色蓝色”球状星团。前球状星团。前者类者类似于银河系中的一般球状
9、星团,主序星的绝对星等一般不似于银河系中的一般球状星团,主序星的绝对星等一般不超过超过0m,年龄较老;后者尽管在形状和星数上与球状星团,年龄较老;后者尽管在形状和星数上与球状星团类同,但因包含了假设干明亮的蓝星而呈蓝色,主序星绝类同,但因包含了假设干明亮的蓝星而呈蓝色,主序星绝对对星等可亮于星等可亮于0m,相比照较年轻,而演化图像类似于疏散,相比照较年轻,而演化图像类似于疏散星团。本世纪初,星团。本世纪初,Da Costa在在LMC内观测了内观测了10余个球状余个球状星团,年龄约为星团,年龄约为13Gyr,但也观测到了许多中年星团和年,但也观测到了许多中年星团和年轻星团,质量范围轻星团,质量范
10、围104-105M,与球状星团质量相近或略,与球状星团质量相近或略小,但比疏散星团明显大。有人称它们为富星团小,但比疏散星团明显大。有人称它们为富星团(rich star cluster)。因为大局部富星团都是星系盘的组成局部,它。因为大局部富星团都是星系盘的组成局部,它们显然不适用上述星团的经典分类法。们显然不适用上述星团的经典分类法。超星团概念的提出超星团概念的提出 历史上首先提出超星团概念的是历史上首先提出超星团概念的是van den Bergh。1971年,他在对星系年,他在对星系M82(NGC3034)的近红外底片进行仔细)的近红外底片进行仔细研究后发现,星系中央区域分布有研究后发现
11、,星系中央区域分布有10余个明亮的星云状斑余个明亮的星云状斑点,这些亮斑点的尺度约为点,这些亮斑点的尺度约为2”,因距离为,因距离为3.2Mpc,则线尺,则线尺度约为度约为30pc。中心附近。中心附近 5个亮班点的平均绝对星等为个亮班点的平均绝对星等为-15.9等,光度为等,光度为2108L。光谱观测说明,这些班点是一些非。光谱观测说明,这些班点是一些非常明亮致密的大质量年轻星团,称之为超星团。超星团与常明亮致密的大质量年轻星团,称之为超星团。超星团与超星协(超星协(superassociation)不同,尽管两者的累积光度相)不同,尽管两者的累积光度相近,但后者是恒星和星团的松散集合体,属于
12、旋臂天体,近,但后者是恒星和星团的松散集合体,属于旋臂天体,而这些亮班点是一些致密天体,它们的投影中心距均不超而这些亮班点是一些致密天体,它们的投影中心距均不超过过0.5kpc。超星团概念的最终形成超星团概念的最终形成 1981年,年,Arp 和和 Sandage 在特殊星系在特殊星系NGC1569的中的中心附近,发现了两个明亮的致密天体,即心附近,发现了两个明亮的致密天体,即NGC1569-A 和和 NGC1569-B,光谱型分别为,光谱型分别为A0 Iab和和A2 Iab,累积光度约累积光度约为为 ,质量不小于,质量不小于 。经过详细的分析和比。经过详细的分析和比较,他们认为这两个年轻的亮
13、致密天体应该是超星团。较,他们认为这两个年轻的亮致密天体应该是超星团。1985年,年,Melnick等人研究了不规则星系等人研究了不规则星系NGC1705,发现了一个明亮超星团发现了一个明亮超星团NGC1705-A,光谱型为,光谱型为B3 V,光,光谱特征与上述两个超星团相类似,但光度要大上谱特征与上述两个超星团相类似,但光度要大上 10 倍,倍,绝对星等为绝对星等为 ,质量估计为,质量估计为 。历史上的误解历史上的误解 1990年代之前,年代之前,HST尚未发射升空,对于河外星尚未发射升空,对于河外星系中的大质量年轻星团,特别是其中的致密超星团,地系中的大质量年轻星团,特别是其中的致密超星团
14、,地面望远镜很难分辩出其中的恒星,以至无法确认它们是面望远镜很难分辩出其中的恒星,以至无法确认它们是否真正属于表观上的寄主星系,而往往被误认为是一些否真正属于表观上的寄主星系,而往往被误认为是一些前景星。比方,人们曾一度猜测,前景星。比方,人们曾一度猜测,LMC中著名的亮星中著名的亮星云剑鱼云剑鱼30(直径(直径120光年)的核区天体光年)的核区天体 R136是一个超大是一个超大质量恒星,其质量高达质量恒星,其质量高达 。直到。直到 1985年,年,Weigert 和和Baier利用全息斑点干预技术才把利用全息斑点干预技术才把 R136 中的中的恒星分辩出来,从而知道它是一个致密的大质量年轻星
15、恒星分辩出来,从而知道它是一个致密的大质量年轻星团团超星团。超星团。近年来,有关星系中近年来,有关星系中MYS和和SSC的观测和研究正在的观测和研究正在逐步深入。逐步深入。1999年年Larsen 和和 Richtler对对21个近邻旋涡星个近邻旋涡星系中系中MYS的做了系统的搜索,发现其中有假设干个星的做了系统的搜索,发现其中有假设干个星系系含有许多含有许多SSC;翌年,他们又讨论了;翌年,他们又讨论了31个河外星系中个河外星系中MYS与寄主星系性质之间的关系,其中包括与寄主星系性质之间的关系,其中包括8个特殊星个特殊星系。系。2001年,年,Maz-Apellniz利用哈勃望远镜的观测资利
16、用哈勃望远镜的观测资料,对料,对27个近距个近距MYS的结构特征做了较为系统的分析的结构特征做了较为系统的分析研究。研究。2005年,年,de Grijs等人讨论了等人讨论了MYS与老年球状星与老年球状星团之间的演化关系。同年团之间的演化关系。同年Tsai等人利用甚大阵(等人利用甚大阵(VLA)对对14个近邻星暴星系的个近邻星暴星系的 K 波段观测图像,发现了一批波段观测图像,发现了一批SSC以及因其激发而生成的射电红外超星云(以及因其激发而生成的射电红外超星云(radio-infrared supernebula,RISN)。)。大质量年轻星团和超星团的存在已大质量年轻星团和超星团的存在已是
17、不争的事实,而与经典的银河系疏是不争的事实,而与经典的银河系疏散星团和球状星团相比,它们所表现散星团和球状星团相比,它们所表现出的一些引人注目的特殊性质,以及出的一些引人注目的特殊性质,以及在恒星、星团、星系的形成和演化过在恒星、星团、星系的形成和演化过程中的作用,已引起人们越来越大的程中的作用,已引起人们越来越大的兴趣。兴趣。主要观测特征主要观测特征 关于大质量年轻星团和超星团目前关于大质量年轻星团和超星团目前尚无明确一致的定义或观测判据,一般尚无明确一致的定义或观测判据,一般认为大质量年轻星团的含义比较宽,超认为大质量年轻星团的含义比较宽,超星团是其中的致密天体;而有人则把它星团是其中的致
18、密天体;而有人则把它们视作同一类天体。就目前的观测事实们视作同一类天体。就目前的观测事实和研究结果来看,这类星团主要有以下和研究结果来看,这类星团主要有以下一些主要观测特征:一些主要观测特征:基本情况基本情况 这是一些年龄比较轻、质量比较大的蓝色致这是一些年龄比较轻、质量比较大的蓝色致密星团,年龄比较轻是相对银河系中的球状星团密星团,年龄比较轻是相对银河系中的球状星团而言而言,故早期曾称为年轻球状星团或蓝球状星团故早期曾称为年轻球状星团或蓝球状星团,而质量比较大和致密程度则是相对银河系中的疏而质量比较大和致密程度则是相对银河系中的疏散星团而言。这类天体不仅出现在并合星系和星散星团而言。这类天体
19、不仅出现在并合星系和星暴星系中暴星系中,且在正常晚型星系中也已观测到了。且在正常晚型星系中也已观测到了。年龄一般为几百万年,最年老的也只有几亿年;年龄一般为几百万年,最年老的也只有几亿年;质量通常大于质量通常大于 ,最大可达量级,最大可达量级 。星。星团的有效半径(半光半径)最小为几个团的有效半径(半光半径)最小为几个pc,最大,最大可达可达20pc或更大些。光度的大致范围为或更大些。光度的大致范围为到到 ,光谱型通常早于,光谱型通常早于A3 型。型。在寄主星系中的分布情况在寄主星系中的分布情况 MYC 和和 SSC 在寄主星系中的分布情况因星系而在寄主星系中的分布情况因星系而异。在有些星系中
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