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疏散星团是指由数百颗至上千颗由较弱引力联系的恒星所组成的天体,直径一般不过数十光年。疏散星团中的恒星密度不一,但与球状星团中恒星高度密集相比,疏散星团中的恒星密度要低得多。疏散星团只见于恒星活跃形成的区域,包括漩涡星系的旋臂和不规则星系。疏散星团一般来说都很年轻,只有数百万年历史,比地球上的不少岩石还要年轻。
较年轻的疏散星团可能仍然含有形成时分子云的残迹,星团产生的光使其形成电离氢区。分子云在星团产生的辐射压影响下逐渐散开。
对观测恒星进化而言,疏散星团是不可多得的天体。这是因为同一个疏散星团中的成员不论年龄或化学成分都很相近,易于观测星团成员中的些微差异。
由於星团成員的引力關聯不太強,在繞漩涡星系公轉數週後,可能會因週遭天體引力影響而四散。
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观测史
宇宙中星罗棋布着由气体及尘埃等细小粒子所组成的分子云。这些分子云密度很低,成分主要是氢。分子雲可以極度龐大和擁有極大質量,質量相當於十至一千個太陽不等。因为只有质量达到太阳数倍的分子云才会因自身的重力坍缩,而如此重的分子云不可能坍缩为一颗恒星,故疏散星团的所有成员都是在多星系统中形成。。在大、小麦哲伦星系中也发现了很多双星团系,因为投影效应会使银河系中的星团系统看上去靠得很近。
形成
疏散星团中的成员数量从几百个到数千个不等,一般都是中心部分特别集中,周围较为分散地散布著。中心部分的直径一般达到三至四光年,整个星团的半径一般达到二十光年。一般来说中心部分的密度能达到1.5星/立方光年。相比之下,太阳周围的恒星密度为0.003星/立方光年。
使用特朗普勒分类法,昴宿星团被分为I3rn(高度密集,高亮度,成员众多且位于星云中),附近的畢宿星团被分为Ⅱ3m(较为分散,包含恒星较少)。
形态和分类
目前在银河系内已发现一千多个疏散星团,但實際數量可能十倍於此。。
数量和分布
疏散星团中往往都是蓝色的恒星,它们比较年轻,质量很高,但是寿命也只有短短的几千万年。相对古老的疏散星团中包括較多黄色的恒星。
有些疏散星团中的蓝色恒星比其他成员年轻得多。这些蓝离散星也在球状星团中出现:在密度极高的球状星团中央多个恒星相撞之后会形成温度和质量都高得多的星体。而疏散星团中的恒星密度要低得多,恒星的相撞难以解释观察到的蓝离散星数量。目前的理论认为是与其他星体的重力使得双星系统聚合為一颗恒星。
星体构成
许多疏散星团都非常不稳定,而质量又较低,使得星团的逃逸速度比其成员的平均速度还低,因此几百万年之内就会迅速分散。
当周围的云氣散尽后,疏散星团往往還有足够的重力独立存在几千万年,但星团仍会渐渐地分散开来。星团内部成员的相撞往往使得其中一个得到足够高的速度,并离开星团,反复相撞造成了星团成员缓慢地“蒸发”。
平均每五亿年就会有一个疏散星团受到外部的影响。当某个外部星体靠近时,星团受星体带来的潮汐力影响,形成一股恒星流,所有的成员都以相似的方向和速度移动。星团逐渐瓦解的速度取决于最初的星体密度,密度越高星团寿命越久。一个疏散星团的半衰期约为1.5至8亿年左右。
当某个疏散星团逐渐分散之后,整队成员都保持类似的轨迹,称之为星协现象。大熊座中的北斗星中的若干成员就曾属于一个疏散星团,现在則保持着星协状态。最终,星协中的星体速度差距逐渐扩大,慢慢分散开来。
最终命运
疏散星团的赫羅圖显示,大部分恒星都是主序星。從质量最高的一些星体開始逐渐开始偏离主序帶,成为紅巨星,通过分析逐渐偏离的位置,天文学家可以推算出星团的年龄。
由于疏散星团中的成员离地球的距离以及年龄都大致相同,它们在星等上的差别只来自于质量的不同;在比较各个成员时,很多参数都是固定的。由于这一特点,疏散星团很适合用来研究星体演变。
对疏散星团中星体所含锂和铍的研究,能够使天文学家对其演变和内部结构有更多的了解。虽然氢原子核要到一千万K的温度才能聚变成氦,而锂和铍在二百五十万至三百五十万K时就不再存在。这一性质意味着星体所含元素和其内部元素混合程度有很大关联。通过研究其内部元素,天文学家就可以对疏散星团中星体的年龄和化学成分有较为准确的估算。
研究显示疏散星团星体中较轻元素的含量比预测值低很多。虽然原因尚不能完全解释,一种可能是星体内部的对流会侵入辐射能较高的地区。
对星体演变的研究
测量距离是研究星体的重要步驟,但是绝大多数星體都离地球太远而没有直接方法测量。使用一系列互相关联的间接方法是目前唯一的测量遥远星体的途径,疏散星团是这一系列方法中的重要一环。
有两种方法可以测量离地球最近的疏散星团的距离。首先,通过测量视差可以直接得出准确的距离,对于较近的疏散星团和独立恒星都适用。距离地球五百光年以内的几个疏散星团,包括昴宿星团以及畢宿星团都在此列。依巴谷卫星对一些其他疏散星团的距离也作了准确测量。本星系群中的许多星系中都找到了很多疏散星团。
疏散星团距离的准确数据对于研究造父变星的周光关系非常关键,而造父变星是标准烛光序列中的重要一环。能够得到造父变星的准确距离后,对天体距离的研究可以延伸到本星系群中较近的星系。
疏散星团的距离
香港大學物理系天文學入門課程「宇宙的本質」
参考资料
Open Star Clusters @ SEDS Messier pages
A general overview of open clusters
Open and globular clusters overview
The moving cluster method
Open Clusters - Information and amateur observations