星云状遗迹在1731年被John Bevis发现,并且被标记在他绘制的大布列颠天文图册(Uranographia Britannica)上。1758年8月28日,当时正在寻找首次按预言回归的哈雷彗星的Charles Messier独立地发现了它,最初他认为这是颗彗星。当然,很快他就意识到它完全没有位移,于1758年9月12日将它标记下来。正是这个天体的发现促使Charles Messier开始编纂他的星云表。也正是这个天体的发现,使他产生了用望远镜搜寻彗星的想法,因为这个天体在他的小折射望远镜中跟一颗真正的彗星(1758 De la Nux, C/1758 K1)非常相似(参见他的记录)。1771年6月10日,Messier从一封信中知道了Bevis先前的发现,并且承认了Bevis的最早发现权。
19世纪末,由Winlock等人进行的早期光谱观测揭示了这个天体的气体本质。M1的第一张照片是1892年用20英寸望远镜拍到的。最早的详细光谱分析是1913到1915年间由Vesto Slipher完成的;他发现光谱中的发射线是分裂的;这在后来被认为是多普勒效应的结果,其中一部分星云正在接近我们(这样谱线就会蓝移)而另一部分则远离我们(谱线红移)。Heber D. Curtis根据Lick天文台的照片,在他的描述中将这个天体暂时归类为行星状星云(Curtis 1918),这种观点到1930年就被否定了;但这种错误的分类方式仍然出现在许多最新的手册中。
星云由超新星炸出的物质组成,现在已经扩散到直径大约10光年的范围内,并且仍以高达1,800千米/秒的超高速向外膨胀。它的发射线谱由两个主要部分组成,这最早是由Roscoe Frank Sanford在1919年通过分光观测发现的,参见(Sanford 1919),1930年的由Walter Baade和Rudolph Minkowski所做的照相观测也证实了这一点。首先是发射线谱(包括氢发射线),来自星云中偏红色的、构成杂乱无章的网络状结构的亮纤维部分,这与弥漫气体星云(或是行星状星云)相似。另一部分是连续谱,来自星云中偏蓝色的背景部分,是由高度偏振的“同步加速辐射”产生的。同步加速辐射是由强磁场中的高能(快速运动)电子发射出来的。这一解释最早是由苏联天文学家J. Shklovsky (1953)首次提出的,并且被Jan H. Oort and T. Walraven (1956)的观测所支持。同步加速辐射也出现在宇宙中其他的“爆发”过程中,比如不规则星系M82的活动核心和巨椭圆星系M87的奇特喷流。蟹状星云在可见光波段的这种惊人性质可以从英澳天文台(Anglo Australian Observatory)的David Malin用Palomar望远镜拍到的照片和Paul Scowen在Palomar山上拍到的照片中清楚地看出来。
1948年,蟹状星云被认证为一个强射电源,被命名和标记为金牛座A,后来被称为3C 144。星云发出的X射线也在1963年4月被Naval Research Laboratory发射的载有X射线探测器的Aerobee型探空火箭发现;这个X射线源被命名为金牛座X-1。通过1964年7月5日的月掩蟹状星云观测,以及1974年和1975年同样的观测,证明X射线是从一个至少2角分的区域内发射出来,蟹状星云通过X射线发射的能量比它在光学波段的能量高100倍左右。尽管如此,即使在可见光波段,这个星云的光度也是非常巨大的:它的距离为6,300光年(这是由Virginia Trimble (1973)精确测量得到的),这样它的视亮度对应的绝对星等就是-3.2等左右,超过太阳光度的1000倍。它在所有波段的总光度估计是太阳光度的100,000倍,也就是5*10^38尔格/秒!
中心恒星是在1800年由德国天文学家Friedrich von Hahn(1742-1805)利用焦距20英尺的折射望远镜发现的。这是一颗行星大小的白矮星,亮度约为15等。其前身是一颗类似太阳的恒星,很可能一度比太阳质量还大,在演化到Mira变星阶段末期时,它外侧的包层被星风吹走。目前它的温度超过100,000 K,不过很快就会开始冷却,它会以白矮星的形式继续发光达几十亿年,最终会演变成寒冷的黑矮星。
与大多数行星状星云一样,环状星云M57的距离也非常不确定。不过就这个星云来说,人们可以利用它每世纪将近1角秒的膨胀速率和它径向速度之前的关系来估测距离。不过这些结果都建立在对星云形态错误的假设之上,他们都假设星云是球形的。因此,直到最近为止,人们只能基于不同的理论假设和模型,给出粗略的估计。下列的距离值就是不同的估算结果:4,100光年(K.M. Cudworth 1974;Mallas/Kreimer),1,410光年(Kenneth Glyn Jones),2,000到2,500光年(Vehrenberg),2,000光年(Sky Catalogue 2000.0),“大于2,000光年”(Murdin/Allen的《宇宙目录(Catalogue of the Universe)》),5,000光年(Chartand/Wimmer的《天空指南(Skyguide)》),3,000光年(WIYN),以及1,000到2,000光年(Sun Kwok, 2000)。更准确的距离值仍待确定(比如利用Hubble太空望远镜测量其视差),不过最近美国海军天文台(USNO)利用增强CCD技术测量了M57中心恒星的三角视差,结果为2,300光年(Harris et.al. 1997,也可参见STScI/Nasa, Jan 1999)。
与其他弥漫星云一样,星云物质中形成的由年轻恒星组成的星团总是先被发现,位于M8东侧的年轻疏散星团NGC 6530在1680年左右就被Flamsteed发现了,在1746年又被De Cheseaux再次看见,直到1747年Le Gentil才发现了星云。Abbe Nicholas Louis de la Caille在1751-1752年将其编入他的星表,标记为Lacaille III.14。当Charles Messier在1764年5月23日将这一天体编入星表时,首先描述的是星团,然后才提到星云物质围绕在人马座9周围;他测量的原始位置也更接近现在星团的位置,而不是星云的位置。然而,现在人们通常把星云当成“Messier 8号天体”。
按照Kenneth Glyn Jones的说法,礁湖星云的视大小延伸达90x40角分,即3x1 1/3倍满月的直径。M8的距离还有点不确定,如果我们的数据——5,200光年是正确的话,其真实长度就相当于约140x60光年;最新给出的距离数据是4850(Glyn Jones)和6500光年,但是David J. Eichler给出的结果是5,200光年(Eichler 1996)。
与礁湖星云M8联系在一起的年轻疏散星团 NGC 6530被归类为Trumpler型“II 2 m n”(参见《Sky Catalog 2000》等书),这意味着它是分离的,只有微弱的中心聚集度,它的恒星亮度分布范围适中,数目也适中(50-100颗恒星),与星云物质相联系(显然与礁湖星云联系在一起)。由于它的成员星发出的光都因为星际介质的吸收而略微偏红,这个星团可能刚好位于礁湖星云的前方。其中最亮的恒星是一颗6.9等的高温O5型星,Eichler给出了它的年龄为2百万年。Woldemar Götz提到这个星团中包含着一颗奇特的Of型星,即超高温的明亮O型恒星,其光谱中带有奇特的电离氦和电离氮的谱线。
四边形星团是已知最年轻的星团之一,其中的新恒星还在不断地形成。显然,这个星团最早在1654年之前就被Hodierna描绘成三合星(参见他的素描),Christian Huygens在1656年独立地重新发现猎户座大星云时,首次描述了这个星团。最早发现的三颗恒星通常被标为“A”、“B”和“C”星。现在看来,这显然是第二颗被认证的聚星(第一颗是大熊座的开阳星,1650年被发现为望远镜可以分辨的双星)。四边形的第四颗星,“D”星,最早在1673年被Abbe Jean Picard发现(按照de Mairan的说法),1684年被Huygens独立地发现。星团中第五颗恒星“E”在1826年被Dorpat的Friedrich Georg Wilhelm Struve用9.5英寸折射镜发现。第六颗,“F”星,1830年2月13日被John Herschel发现。第七颗,“G”星,1888年被Alvan Clark发现,当时他正在测试Lick天文台的36英寸折射镜,还有第八颗,“H”星在1888年底被E.E. Barnard用同一架望远镜发现。后来Barnard发现“H”星是由两颗16等子星组成的双星。今天我们知道“A”星和“B”星都是大陵五型的食变星:A的亮度变化介于6.73等和7.53等之间,周期为65.4325天,而B星介于7.95和8.52等之间,周期6.4705天。
在M78区域发现了大量奇特的外流源;这些所谓的Herbig-Haro物体被推测为深陷在M78星云物质内部,刚刚形成的年轻恒星抛射物质的喷流。Zhao et al. (1999)的发现使得M78中已知的Herbig-Haro物体的数目达到了17。IPAC的S. Van Dyk利用2MASS红外望远镜拍摄了一幅M78及其整个区域的极佳红外照片;这些资料为更深入地研究M78中的恒星形成过程打开了窗口。
我们图片右上方(东南方)那颗相当明显的恒星就是6等的大犬座12星。根据Sky Catalog 2000(卷1),这颗恒星是一颗光谱型为B7 III n的蓝巨星,距离几乎是这个星团距离的一半(1,100光年 ),因此并不是成员星。这颗恒星也出现在DSSM图片的左下方。
Michael Ferrio报告说,许多星表给出的M41位置在赤经上出现了1分的偏差(它们给出的赤经为06:47.0,而不是06:46.0;通过数字巡天可以证实这点)。他是在校对Uranometria 2000.0第一版时发现这个问题的。而Messier在他的原始星表中,正确地给出了这个位置,这个偏差同样出现在NGC星表中,也许Dreyer就是这个错误的源头。
昴星团在人类历史的最早时期就被人们所熟知了。至少有6颗成员恒星可以被肉眼看见,而在中等条件下,这个数字会增加到9颗,在极清澈的黑暗天空中,这一数字会跳增至12颗以上(Vehrenberg在他的《深空奇观图册(Atlas of Deep Sky Splendors)》一书中提到,在1579年,望远镜发明之前很久,天文学家Moestlin就已经正确地画出了11颗昴星团中的恒星,而Kepler引用的观测则将这一数字增加到了14)。
大约在1846年,在Dorpat工作的德国天文学家Mädler(1794-1874)注意到,昴星团中的恒星相互之间没有可以测量的相对运动;由此他大胆地得出以下的结论,这些恒星是在一个更大恒星系统的静止中心区域形成的,而这个恒星系统是以昴宿六(Alcyone)为中心的。这一结论不可避免地受到了其他天文学家的反驳,尤其是Friedrich Georg Wilhelm Struve(1793-1864)。然而,昴星团一致的本动速度证明了它们在空间中是成团运动的,进一步暗示了他们形成的是一个物理的星团。
Helen Sawyer Hogg测得这个星团总的光谱型为F7,色指数为0.0,其中25颗最亮的恒星的平均星等为13.97。按照《Deep Sky Field Guide to Uranometria 2000.0》的数据,M12中最亮的恒星大约为12.0等,其(巨星)水平分枝上的恒星约为14.9等。Alan Sandage在M12中找到了13颗变星。
这可能是第一个被发现的球状星团,是由Abraham Ihle在1665年发现的。按照Kenneth Glyn Jones的说法,Hevelius可能在更早之前就看到了这个天体(根据Admiral Smyth的观测记录),但是Halley,De Cheseaux和Messier都一致认为这个天体是由Ihle最早发现的。这个球状星团被包括在1715年Halley发表的6个天体的列表中,也被De Cheseaux,Le Gentil以及Abbe Nicholas Louis de la Caille观测到,前者将这个天体编为第17号天体,后者将其编入了他的南天星表,编号为Lacaille I.12。Charles Messier在1764年6月5日将其编为M22,他宣称这一天体也出现在John Bevis的英格兰星图上。
M69是被Abbe Nicholas Louis de la Caille发现的,他将其收入了他的南天星表之中,编号为Lacaille I.11。1764年,Charles Messier第一次寻找这个南天星团时,并没有取得成功,不过在1780年,他利用更好的望远镜找到了它,并且在1780年8月31日将它记录在案。
在“普通”的条件下,对目视观测来说,仙女座大星系的视大小约为3x1度(精确的数据,就像前面给出的,是178x63角分,而NED的数据是190x60')。1952-1953年,法国天文学家Robert Jonckhere利用2英寸双筒望远镜,仔细估计了它的角直径,发现其大小为5.2乘1.1度(按照Mallas的说法),在290万光年的距离上,对应的星系盘直径超过250,000光年,即这个星系比我们银河系的两倍还要大!它的质量被估计为3到4千万太阳质量。与最新估计的银河系质量相比,M31的质量明显比我们的银河小,这意味着银河系比M31致密得多。对星系晕总质量的最新估计也证实了这一结果,M31约为1.23万亿太阳质量,而银河系为1.9万亿(Evans and Wilkinson, 2000)。
有几个原因使得这个星系是罕见和独特的。首先,它的光谱在宽发射线谱的形态中展示了奇特的特征,暗示巨大的气体云正在迅速逃离星系核心,速度为每秒几百公里。这个特征是由Lick天文台的Edward A. Fath 在1908年首先发现的(Fath 1909),他辨认出六条“行星状星云型”发射谱线(H Beta,[O II] 3727,[N III] 3869,[O III] 4363,4959,5007);1917年,Lowell天文台的Vesto M. Slipher取得了好得多的光谱,证实了这一发现(Slipher 1917);并且,在1926年Edwin P. Hubble关于“银河系外星云”的历史性论文中,这一特征还被他特别提及(Hubble, 1926)。M77被归类为赛弗特II型星系(I型赛弗特星系展示出更大的膨胀速度,约为每秒几千公里);它是这类活动星系中最邻近和最明亮的代表。这类非同寻常的星系是以它的发现者Carl K. Seyfert的名字来命名的,他在1943年首先描述了它们(Seyfert 1943)。
需要一个巨大的能量来源才能产生这种速度,它必须处于星系的核心或者中心。这个核心是一个强烈的射电源,是由Berbard Yarnton Mills在1952年发现的,编号为鲸鱼座A(Cetus A),在剑桥射电源第三星表(the Third Cambridge Catalogue of Radio Sources)中被列为3C 71。哈勃太空望远镜曾经在光学波段研究过它。加州理工的天文学家们利用10米凯克望远镜所做的红外研究已经揭示出一个强烈的点源,直径不到12光年,被一个延伸达100光年的拉长结构(恒星或者星际物质的聚合体)所包围;这些结果在哈勃的可见光照片中并不明显。与其他赛弗特星系一样,M77是人们早已熟知的明亮红外辐射源。
根据Burnham的说法,是Donald E. Osterbrook和R.A.R. Parker在1965年提出了假说,认为赛弗特星系的活动核心应该被认为是微缩型的类星体。这个观点现在已经被几十年来的研究所证实:也许所有类型的活动星系核(AGN),包括赛弗特核心、射电星系、类星体、蝎虎座BL天体等等,都是同样的物理原因所产生的,即一个中央超大质量天体正在从它周围的邻域中聚集气体物质。观测到的不同现象只不过是不同视角和落向中心天体的物质的不同供应率的结果。
具体到M77,通过加州理工大学的红外观测,产生赛弗特活动的中央天体已被发现拥有大约1千万倍太阳质量。美国国家射电天文台(NRAO)的射电天文学家和德国Effelsberg市马普射电天文研究所的100米射电望远镜,发现了一个大约5光年直径的巨盘围绕着这个天体旋转,其中包含着水分子(NRAO PR of January 15, 2000)。
八年后,1779年4月22日,在追踪那一年出现的彗星的过程中,在与其他观测者一起寻找更多星云状天体的竞争中,Barnabas Oriani独立地重新发现了这个“星云”。在1844年出版的《贝德福德星表(Bedford Catalogue)》中,作者Admiral William H. Smyth将这一发现与Messier的发现弄混了,错误地写道:“这一天体由Oriani发现于1771年”。John Herschel也犯了同样的错误,在1864年出版的星云总表(GC)中,他也错误地将这一天体归功于“1771 Oriani”,因此后来J.L.E. Dreyer的NGC星表中也出现了同样的错误。
M49是室女座星系团中最明亮的成员星系之一,亮度8.5等,考虑到它的距离约为6千万光年,对应的绝对星等大约为-22.8等。它是这个巨大星系团中的巨椭圆星系之一(另外还有M60和M87),在Hubble分类法中为E4型。它的大小为9 x 7.5角分,对应于一个投影长轴接近160,000光年的椭球体(当然我们不知道它沿着视线方向伸展的大小,因为我们不知道真实的椭球轴在空间中的指向),因此这的确是个大椭球体。较早的估计认为它的质量可能比邻近的巨星系M87更大,但现在一般认为M87的密度更大。它的总光谱型为G7,色指数为+0.76,比室女座星系团中的大部分星系都更黄。更长时间的曝光显示出一个球状星团系统,比M87中的要稀疏得多,与M60中的相类似。按照W.E. Harris的列表,这个星系拥有一个由6300 +/- 1900个球状星团组成的系统。
M60是由Johann Gottfried Koehler在1779年4月11日发现的,当时他正在追踪那年出现的彗星,他同时还发现了附近的M59。一天之后,Barnabus Oriani独立发现了M60,但却错过了M59,四天之后,即1779年4月15日,Charles Messier也发现了M60,他还发现了附近的M58。Messier形容M60要比M58和M59“稍微清楚一点”。
至少据笔者所知,检测M73中的4颗恒星(或者至少其中的一部分)是否有物理联系,至今仍然是一项有待解答的问题。大部分科学家们总是相信,M73只是一个星宿,4颗距离不同的恒星只是刚好处于相近的视线方向上。不过笔者更趋向于P. Murdin、D. Allen、以及D. Malin的观点,就像他们在《宇宙星表(Catalog of the Universe)》一书中所表达的:
“[作者们]怀疑事实上,M73也许是一个真正的小星团,原因如下。每平方度的天区平均拥有60颗亮于12等的恒星,就像M73中的四颗恒星一样。在给定的方圆一角分的天区内刚好找到四颗这样的恒星(就像M 73一样),这种可能性大约为十亿分之二。不过,全天共有1.5亿块如此之小的天区,因此天空中存在此类随机组成的星宿的机率只有四分之一。M 73可能就是这样的星宿,不过我们更应该打赌,认为它是一个真实的聚星系统。”
最近,由La Plata国立大学的Lilia Bassino领导的阿根廷天文学家的提议又使这一观点再度苏醒过来。组成M73的四颗恒星的光度测量结果如下:
Star RA (2000.0) Dec (2000.0) V B-V
h m s deg ' "
--------------------------------------------------------------------------------
1 20:58:56.8 -12:38:29 10.355 1.002
2 20:58:57.8 -12:37:45 11.269 0.452
3 20:58:54.8 -12:38:04 11.675 0.575
5 20:58:53.5 -12:37:54 12.322 0.870
至少据笔者所知,检测M73中的4颗恒星(或者至少其中的一部分)是否有物理联系,至今仍然是一项有待解答的问题。大部分科学家们总是相信,M73只是一个星宿,4颗距离不同的恒星只是刚好处于相近的视线方向上。不过笔者更趋向于P. Murdin、D. Allen、以及D. Malin的观点,就像他们在《宇宙星表(Catalog of the Universe)》一书中所表达的:
“[作者们]怀疑事实上,M73也许是一个真正的小星团,原因如下。每平方度的天区平均拥有60颗亮于12等的恒星,就像M73中的四颗恒星一样。在给定的方圆一角分的天区内刚好找到四颗这样的恒星(就像M 73一样),这种可能性大约为十亿分之二。不过,全天共有1.5亿块如此之小的天区,因此天空中存在此类随机组成的星宿的机率只有四分之一。M 73可能就是这样的星宿,不过我们更应该打赌,认为它是一个真实的聚星系统。”
最近,由La Plata国立大学的Lilia Bassino领导的阿根廷天文学家的提议又使这一观点再度苏醒过来。组成M73的四颗恒星的光度测量结果如下:
Star RA (2000.0) Dec (2000.0) V B-V
h m s deg ' "
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1 20:58:56.8 -12:38:29 10.355 1.002
2 20:58:57.8 -12:37:45 11.269 0.452
3 20:58:54.8 -12:38:04 11.675 0.575
5 20:58:53.5 -12:37:54 12.322 0.870