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第一次在可见光波段被天文学家观测到了

五月 3rd, 2019  |  科学

澳门威尼斯 1天文学家借助开普勒望远镜,第一次在可见光波段,观测到了大质量恒星发生超新星爆发的一瞬间发出的强烈闪光。图片来源:NASA
Ames

加纳维奇说,“这就是这些结果提出的谜题。你看见了两颗超新星,却看到了两种不同的情况。这是最大化的多样性。”

不论是飞机坠毁,汽车事故还是超新星爆炸,这些突然发生的灾难事件,要拍到那一瞬间的照片都极其困难,对于理解事件根源却又有着莫大的帮助。就像移动摄像头的广泛分布已经使得法庭鉴证视频越来越常见一样,开普勒望远镜对同一片天区持续的监测,也让天文学家终于能够看见超新星激波抵达恒星表面的那一时刻。这种超新星激波暴,本身仅能持续大约20分钟,因此捕捉到这种闪光对于天文学家来说,是一个相当重要的里程碑。

相关研究论文已被接收,即将发表在《天体物理期刊》(the Astrophysical
Journal
)上。(编辑:Steed

由美国印地安纳州圣母大学(University of Notre
Dame)的天体物理教授彼得·加纳维奇(Peter
Garnavich)领导的一个国际科研团队,分析了开普勒望远镜对500个遥远星系长达3年、每30分钟拍摄一次的持续观测,搜寻其中的大约50万亿颗恒星。他们试图从中寻找大质量恒星在爆炸中死亡时发出的信号,这些恒星级别的爆炸被称为超新星。

2011年,两颗被称为红超巨星的大质量恒星,在开普勒望远镜的视野里爆炸。第一颗名为KSN
2011a,是太阳大小的近300倍,距离地球大约7亿光年。第二颗,KSN
2011d,是太阳大小的近500倍,距离地球约12亿光年。

尽管这两次超新星爆炸都显现出了类似的能量爆发现象,但在较小的那颗超巨星爆炸的事件当中,并没有观测到激波暴现象。科学家认为,这很可能是因为较小的这颗恒星被气体包围,那些气体或许足以遮蔽刚刚传到恒星表面的激波。

爆炸恒星的激波发出的明亮闪光,也就是天文学家所说的“激波暴”(shock
breakout),第一次在可见光波段被天文学家观测到了,作出这一发现的功臣是NASA用于搜寻太阳系外行星的开普勒空间望远镜(Kepler
space telescope)。

“宇宙中所有的重元素都来自于超新星爆炸。比如,地球上所有的银、镍和铜,甚至你身体里的这些元素,都来自于恒星死亡的爆炸过程。”NASA艾姆斯研究中心开普勒及K2任务的项目科学家史蒂夫·豪威尔(Steve
Howell)说,“生命之所以存在,就是因为超新星。”

这两颗超新星都符合Ⅱ型超新星爆炸的数学模型,支持了现有的超新星爆炸理论。不过,它们也揭示出了这些激变恒星事件在各自的细节上可能出现的意想不到的变化。

了解这些剧烈事件背后的物理过程,让科学家能够更好地理解复杂化学元素以及生命本身的种子,如何随时间被散播到银河系的空间各处。

加纳维奇说,“如果把它们放到太阳的位置上,地球绕着太阳转的轨道都能够轻易被这两颗恒星吞没。”

加纳维奇的科研团队隶属于一个称为“开普勒银河系外巡天”(KEGS)的项目小组。这个小组已经差不多完成了对开普勒望远镜首要任务的数据挖掘工作。开普勒的首要任务结束于2013年,当时望远镜上的反应轮失效,使得开普勒空间望远镜无法再稳定指向。不过,重启后的开普勒望远镜现在正在执行所谓的K2任务,项目小组现在正在梳理K2任务中获得的观测数据,从中搜寻更多遥远星系中的发生的超新星事件。

“虽然开普勒打开了门,观测到了这些独特的现象,但K2任务将进一步推开这扇大门,观测数十颗更多的超新星,”艾姆斯研究中心资深研究科学家、开普勒及K2访客观测办公室主管汤姆·巴克雷(Tom
Barclay)说,“这些结果只是K2任务即将作出的诸多发现的一段诱人序曲。”

这些所谓的Ⅱ型超新星,始于一颗恒星内部的熔炉耗尽了核燃料,导致它的核心在引力主导下坍缩。

澳门威尼斯,加纳维奇说,“为了看到某些仅仅持续几分钟的事件,比如激波暴,你必须有一台相机持续监测天空。你不知道什么时候超新星会爆发,而开普勒的监测让我们能够目击爆炸开始的时刻。”

澳门威尼斯 2这幅图表描绘了一场超新星爆发事件中,恒星亮度(相对于太阳)随时间的变化。这是天文学家第一次在可见光波段,观测到了超新星激波传抵恒星表面时出现的所谓“激波暴”(shock
breakout)现象。这颗在爆炸中死亡的恒星被称为KSN
2011d,花了大约14天时间达到了超新星的最大亮度。激波暴本身只持续了大约20分钟,因此捕捉到这一闪光,对于天文学家来说,是一个相当重要的里程碑。NASA开普勒望远镜持续不断的监测,让天文学家终于能够目睹这颗恒星把自己炸得粉身碎骨的最初一瞬间。这种所谓的Ⅱ型超新星,是一颗大质量恒星内部的熔炉耗尽核燃料而在引力主导下开始核心坍缩的结果。这类恒星被称为红超巨星,要比太阳明亮2万倍。当这颗超巨星变成超新星时,能量从恒星的核心传到恒星表面,瞬间爆发出的闪光要比太阳明亮1300万倍。这颗恒星继续爆炸,并在14天后达到了最大亮度,比太阳要明亮1亿倍。图片来源:NASA
Ames/W. Stenzel

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