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第 222 話:剷屎官集合!在「宇宙盡頭的餐廳」觀察「貓掌」星雲的磁性!

2021/01/06閱讀時間約 4 分鐘
左:貓掌星雲(Image Credit & Copyright: George Varouhakis),右:貓掌(來源:Pixabay)
「貓掌星雲」(Cat's Paw Nebula),編號是 NGC 6334,也有人稱之為「熊掌星雲」。位於天蠍座,距離我們 5500 光年,貓掌星雲是一個發射星雲(emission nebula),同時也是新生行星「出生」的地方,是相當活躍的地區。從地球的方位看起來,就像是個貓掌的形狀。
「發射星雲」一般指的是宇宙塵、氣體聚集的雲狀天體,擴散在宇宙空間中,「發射星雲」指的是自身能輻射電磁波的星雲,一般來自於星雲內的電漿以及其他帶電粒子。由於貓掌是新恆星誕生之處,恆星會發出高能量的光子,將星雲中的氣體游離,變成電漿,電漿這種帶電粒子運動時(精確的說,是做「加速度運動」時),就會發射出電磁波。
本文要報導的研究,就是觀測貓掌星雲所發出來的 850 μm 電磁波的偏振狀態,推算出星雲區域的磁場分布。這個研究是「BISTRO」計畫(B-field In STar-forming Region Observations,星球生成區域磁場觀測)的一部份,利用建造在夏威夷的「馬克士威爾天文台」(James Clerk Maxwell Observatory)進行觀測。「BISTRO」這個字就是「小酒館」的意思,所以本文的標題才會長那樣,好,我知道這很冷...
(指示天文台是在地球上不是在宇宙的盡頭,這只是為了向 Douglas Adams 的「如何搭便車遊銀河」致敬而已...好啦我知道現在翻做「銀河便車指南」,可是我就是喜歡以前那個比較囉唆的名字不行嗎)
右上:線性偏振光中,電場(紅色)與磁場(藍色)與光行進方向(黑色)之間的關係。左下:光從右下往左上行進,一開始是「無偏振光」(一堆不同偏振方向的光混雜在一起),通過線性偏振片後變成線性偏振光,再通過 1/4 波偏振片後變成左旋圓偏振光,此圖只畫出電場方向。(來源:維基百科)
光是電磁波,也就是電場跟磁場隨著時間與空間的擾動,所謂的「光的偏振」指的是光的電場與磁場的振盪方向,如圖二所示,電場、磁場、與光的行進方向三者必須互相垂直,在這個限制下,電場跟磁場的方向還是有一些自由度,包括線性偏振、圓偏振、橢圓偏振等。
由於「偏振」指的是光的電場跟磁場方向的特性,當然會受到光源的磁場的影響囉!而磁場又反映出星雲中帶電粒子的運動狀態,當我們透過光的偏振推算出星雲區域的磁場分布,就可以進一步得知星雲裡面那些粒子是如何運動的,我們就可以更瞭解星雲以及「恆星如何誕生」的機制了。圖三是研究團隊所測繪出來的磁場方向分布圖。
貓掌星雲的磁場方向分布(來源:Doris Arzoumanian 等 148 位作者,https://arxiv.org/abs/2012.13060)
圖三中的藍色小棒棒就是星雲各處的磁場方向的分布。這張圖中的貓掌是指著右下方的方向。
從五千光年以外收集到的些許光線,靠著這些蛛絲馬跡加上電磁學與光學,就可以知道遙遠的星雲發生了什麼事,有沒有覺得物理學家超厲害的呢?
這個研究之領銜作者為葡萄牙 University of Porto 的 Doris Arzoumanian,論文一共有 148 位作者,已經被期刊「天文學與天文物理」(Astronomy & Astrophysics)接受,即將正式發表。
#超中二物理宅雜記
#等我征服世界就把電磁學與光學列為全人類必修
#生命宇宙與萬事萬物什麼都馬跟物理有關
#話都給我講就好 其之222
新聞來源:
原始論文 (2020/12/24 上傳於 arXiv,即將正式發表):https://arxiv.org/abs/2012.13060
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