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孤獨恆星的寂寞之光

臺北天文館_96
・2012/10/25 ・789字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 516 ・六年級
相關標籤: 銀暈 (6)

一項來自史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)觀測的新研究顯示,遍及全天的神秘紅外光輝,可能是來自星系邊緣的孤立恆星(isolated stars)。這些恆星可能一度屬於星系,但因星系間劇烈的合併事件而被扯出星系外,遠離家鄉,進入空曠無垠的太空中。

美國加州大學(University of California)Asantha Cooray等人表示:天空中背景紅外光(background infrared light)的成因久為天文研究的大謎題之一,現在有新證據證明這些紅外輻射來自徘徊在星系間的孤星們;這些孤星因太暗而無法見到恆星本身,但我們觀察到的背景紅外光卻是這些孤星們所發出的光匯集而成,並非單一一顆星的功勞。

不過,這項發現和另一個同樣以史匹哲觀測到的背景紅外光為基礎的理論不相符。由美國航太總署(NASA)哥達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)Alexander “Sasha” Kashlinsky領導的研究小組於今年6月發表論文指出:史匹哲影像所呈現的斑駁紅外光斑,是遙遠的第一代恆星和星系所造成的。(請參考〈史匹哲發現第一代天體猛烈焚燒所釋出的光〉

在這個新研究報告中,Cooray等人透過所謂的牧夫座星區影像(Bootes field)來進行研究。牧夫座星區影像涵蓋範圍相當於50倍滿月面積,是史匹哲太空望遠鏡針對這個區域累積曝光了約250個小時的結果;雖然其資料靈敏度不如Kashlinsky等人的小組,但因視野涵蓋範圍大得多,讓Cooray等人更能分析出背景紅外光分佈的型態與模式。

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在小心地分析牧夫座星區觀測資料後,Cooray等人再利用電腦模擬第一代恆星和星系可能造成的背景紅外光型態,發現與牧夫座星區觀測資料不符。電腦模擬結果顯示:由於第一代星系不若現代星系這麼大、數量這麼多,如果背景紅外光真的是第一代星系造成的話,那麼背景紅外光不可能這麼亮。這些研究學者因而提出另一種理論來取代第一代星系,那就是「星系團間(intracluster)」或「銀暈間(intrahalo)」的星光。

資料來源:NASA’s Spitzer Sees Light of Lonesome Stars. NASA JPL [October 24, 2012]

轉載自 網路天文館

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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宇宙中或許有性質與一般可見物質類似的暗物質
臺北天文館_96
・2013/05/27 ・899字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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哈佛大學(Harvard University)物理學家提出假設,認為可能有一種傳統物理模型不曾提及的新型暗物質,其行為模式與一般物質類似,所以或許並非所有暗物質都如現行理論所認為的又冷又幾乎不會互撞。

在可見宇宙中,星系會逐漸形成扁盤狀,例如我們銀河系就是其中一個最佳例子,星系中的所有成員大致排列在單一盤面上,這是因星系重力和自轉所造成的。另一方面,暗物質似乎喜好棲息在星系周圍如銀暈這樣的地方—至少,現行理論是這麼說的。所以,一般認為暗物質又暗、又冷,而且幾乎不含有什麼能量,所以暗物質粒子鮮少能與另一個暗物質粒子發生碰撞。

在新研究中,哈佛的物理學家們推測:應該還有另一種暗物質,可是和傳統認為的暗物質不同,而是其行為模式比較像一般可見物質;而且正因如此,它們會因暗物質特有的重力特性而聚在一起,然後也如星系一般最後會形成扁盤狀結構。這些物理學家稱之為雙盤暗物質(double-disk dark matter,DDDM)的暗物質,大約佔了總暗物質的5%左右。

為了讓這些暗物質聚集在一起,這些暗物質勢必得有和可見物質類似的某些性質。為此,這些物理學家推測:宇宙中可能存在所謂的暗原子(dark atom)、暗光子(dark photon),也可能具有某種型式的暗電磁力(dark electromagnetic force)。

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科學家在暗物質議題上已經投入數十年的努力,建構一個暗物質能以球形存在的模型,其中星系位在這個球形的中間,所以處在星系中的觀測者無論朝向什麼方向都能「看到」暗物質存在。但是哈佛團隊認為暗物質也可能以別種形狀存於宇宙,就像可見物質組成的宇宙各種構造一樣。

可見宇宙中的物質幾乎都是重子(baryon),也就是由強作用費米子組成的物質;然而現行理論認為這些重子物質僅佔了宇宙所有物質的5%而已。因此,哈佛團隊建議:新型暗物質所佔的比例,可能與可見物質差不多。

如果哈佛團隊所提為真,那麼就應該存有全部都由暗物質組成的星系,只是因現今技術的關係而偵測不到。目前有更多的研究投入這個議題中,未來這種新型暗物質可能會被納入各類模型中;只是在此之前,新型暗物質都還只是個概念性的理論而已。

資料來源:Physicists suggest possible existence of other kinds of dark matter[2013.05.24]

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雙子望遠鏡捕捉到罕見的極環星系
臺北天文館_96
・2012/10/24 ・1943字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

上圖是雙子天文臺(Gemini Observatory)捕捉到的NGC 660星系影像,這是個相當特殊的極環星系(polar-ring galaxy),擁有繞極的環狀星流,是曾經歷兩星系交互作用的結果。

極環星系是很特殊的天體,迄今已知的極環星系數量很少,相當罕見,因此對於它們的起源所知不多。絕大部分極環星系的中間是早型螺旋星系系統(early-type spiral system),即所謂的透鏡星系(lenticular galaxy)。NGC 660位在雙魚座方向,距離約4000萬光年,和其他極環星系不同的是,NGC 660中間部分是目前唯一已知的晚型透鏡星系(late-type lenticular galaxy)。不過,所有的極環星系都有一個共同特徵,就是擁有一圈由恆星、塵埃和氣體組成、和星系盤面垂直的繞極環狀構造,可綿延長達數萬光年。

按照電腦模擬結果,極環星系可能是由兩個星系碰撞合併而形成,與其他星系碰撞事件稍不同的是,這兩個螺旋星系的盤面是以幾乎直角的角度相互碰撞的,碰撞之後,富含氣體螺旋星系中的物質受到主星系的重力(潮汐作用)而被剝離,逐漸形成一個環狀結構。在此劇烈碰撞事件中,可能引發大量恆星誕生,使得這個長達40,000光年的極環滿佈明亮而色彩斑斕的新生恆星、星團或星雲。

在狂暴事件中誕生

美國亞利桑納大學(University of Arizona)的Brian Svoboda近期正在研究NGC 660的化學組成和環境溫度,他相信這個獨特的型態是這個星系之前曾與一個富含氣體的星系有交互作用的結果。NGC 660的極環中所含的氣體量比主星系還多。不過NGC 660極環的幾何形狀,確切的說,並不是真的繞極,而是與主星系盤面傾斜45度角;以電腦模擬星系碰撞,無法模擬出這種低角度的極環,然而若是採用潮汐加速模式(tidal accretion scenario),則可呈現這種低角度極環。

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NGC 660的極環中已經衍生出數百個天體,其中有相當多的是藍巨星和紅巨星。其中最年輕的恆星大約僅有700萬歲左右,顯示極環中的造星運動已經持續好一陣子,而且仍未衰竭。除了顯眼的極環之外,NGC 660上還有與明亮背景成鮮明對比的暗色塵埃線(dust lane)橫越星系盤面。整個星系畫面簡單,卻美麗!

掂掂證據的份量

如果真的是兩個星系合併的結果,那麼就應該會有向內收縮的核心和大量恆星形成的現象。而天文學家的確有看到這兩個現象。但讓天文學家感到最驚奇的一點,卻是NGC 660的極環和主星系部分,都含有極豐富的氣體。如果只是單純的重力累積,則極環中的氣體與富含氣體的主星系就不會有強烈的交互作用;然而,如果是有重力交互作用,那麼就會導致氣體向中心區域流動,引發如我們現在所見的大量恆星誕生現象。

更進一步的證據,是NGC 660缺乏雙核心,也就是兩個原螺旋星系中心的超大質量黑洞;通常在星系合併事件中,如果星系還沒有完全合而為一,那麼應該會有雙核心。

天文學家並沒有偵測到NGC 660有向外延伸的潮汐尾(tidal tail),這是許多星系有潮汐交互作用的關鍵特徵之一。通常一個星系近距離掠過另一個星系時,彼此間的重力交互作用(稱為「潮汐作用」)會將星系內的恆星、氣體和塵埃拖曳而出,在星系後方形成一道燦爛的尾巴。但前述兩種極環星系的模型,都會產生沒有潮汐、但新恆星誕生活躍的極環。

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Svoboda等人估計這場碰撞事件造成的極環大約10億歲左右,因此扯出極環的另一個星系已經跑遠了。

浴火重生的鳳凰?

在眼睛看不到的電波波段,科學家偵測到在NGC 660的核心有個直徑小於32光年的緻密電波源。這些天文學家相信,應該是在核心附近的緻密塵埃氣體雲中有數千顆恆星所組成的超級星團( super cluster),這些藍色恆星年輕且熾熱,因而能輻射出大量無線電波。

星系的核心區通常是由紅色的老恆星擁有主導權,但可能是某次NGC 660曾經歷的星系碰撞事件,在這個星系的核心區激發了大量恆星誕生;有可能是因為兩星系之間的重力交互作用製造一波波的震波衝入巨大氣體雲時導致雲氣收縮而形成大量恆星,其中許多恆星的質量可能超過100倍太陽質量。這些恆星怪獸們壽命都不長,並在生命終點發生超新星爆炸,爆炸過程又產生更多震波,導致下一波新恆星誕生。如此惡性循環之下,NGC 660核心便匯聚了大量新生的熾熱恆星,讓它不僅是個極環星系,也是個所謂的星遽增星系(starburst galaxy)。這些歷程,讓NGC 660的核心區成為迄今已知最密集、最劇烈的恆星誕生環境。

偵測暗物質

極環星系的極環的自轉速度與主星系相當。藉由測定離星系核心不同距離的極環自轉速度,這些天文學家可以探找星系銀暈中的神秘暗物質。電波觀測顯示雖然極環靠星系核心一側的自轉速度是正常的,但遠離核心的外側部分一直到缺乏氣體的區域,自轉速度卻仍保持相同;然而理論上,離核心愈遠,自轉速度應會明顯降低。因此自轉速度均一的現象,顯示NGC 660星系的銀暈中含有大量暗物質。

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天文學家相信暗物質會影響整個星系的動力學,但要瞭解暗物質卻是天文學界最大的挑戰之一。因此,這些天文學家們希望未來能藉由研究NGC 660的奇特環境來進一步探索暗物質的真相。

資料來源:Poetry in Motion: Rare Polar-Ring Galaxy Captured in New Image. Gemini Observatory [October 18, 2012]

轉載自 網路天文館

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