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非凡的超新星向天文学家揭示了秘密:“一种时间机器”


时间:2022-05-01  来源:  作者:  点击次数:


由奥斯汀德克萨斯大学的本杰明托马斯(Benjamin Thomas)领导的一个多国天文学家小组利用该大学麦克唐纳天文台的霍比-埃伯利望远镜(HET)的观测结果,揭开了一个令人困惑的关于几年前发现的恒星爆炸的谜团,甚至现在还在演变。这些结果发表在《天体物理学杂志》年4月27日,将有助于天文学家更好地了解大质量恒星如何生存和死亡。

当第一次探测到一颗正在爆炸的恒星时,全世界的天文学家都开始用望远镜跟踪它,因为它发出的光随时间快速变化。他们看到超新星发出的光越来越亮,最后达到顶峰,然后开始变暗。通过记录光亮度的这些波峰和波谷的时间(称为“光变曲线”)以及不同时间发出的光的特征波长,他们可以推断出系统的物理特性。

托马斯说:“我认为这种科学真正酷的是,我们正在寻找来自原生系统的物质排放,这些物质在作为超新星爆炸之前被抛出。于是就形成了时光机。”

超新星2014C的前身是一个双星系统,即两颗恒星相互环绕的系统。较大的恒星演化更快,膨胀,并从外层向伴星输送氢。第一颗恒星的内核继续将较轻的化学元素燃烧成较重的元素,直到它的燃料耗尽。当这种情况发生时,一直支撑着恒星巨大重量的内核向外的压力就会消散。恒星的核心坍塌了,引起了巨大的爆炸。

这使得它成为一颗超新星,天文学家称之为“Ib型”。特别是,Ib超新星的特点是,它们喷出的物质中没有任何氢,至少在开始时是这样。

自当年发现SN 2014C以来,托马斯和他的团队一直从麦克唐纳天文台的望远镜中关注着它。世界各地的许多其他团队也在地面和太空中用望远镜进行了研究,并在不同类型的光下进行了研究,包括地面上的甚大天线阵列发出的无线电波,来自天基钱德拉天文台的红外光和X射线。

然而,各种望远镜对SN 2014C的研究并没有形成天文学家认为Ib超新星应该如何表现的连贯画面。

首先,来自Hobby-Eberly望远镜(HET)的光学特征显示SN 2014C含有氢——这是另一个团队使用不同望远镜做出的惊人发现。

“对于一颗Ib超新星来说,开始显示出氢元素是完全奇怪的,”托马斯说。"只有少数事件证明是类似的。"

第二,氢的光学亮度(光变曲线)表现出奇怪的行为。大多数来自SN 2014C的光曲线——射电、红外和X射线——遵循预期的模式:它们变得更亮,达到峰值,然后开始下降。但是氢气发出的光保持稳定。

J.德克萨斯大学奥斯汀分校的教授兼团队成员克雷格惠勒(Craig Wheeler)说,“我们一直在努力解决的谜团是‘我们如何将我们对氢气及其特征的德克萨斯HET观察整合到(Ib类型)的图景中?’"

研究小组意识到,问题在于这个系统以前的模型假设超新星已经爆炸,并以球形方式发出冲击波。来自HET的数据表明,这个假设是不可能的——一定发生了别的事情。惠勒说,“它就是不符合球面对称。”

研究小组提出了一个模型,即初级双星系统中两颗恒星的氢包层合并形成一个“共同包层结构”,其中两颗恒星都包含在一个单一的气体包层中。然后,这对恒星在两颗恒星周围的一个膨胀的盘状结构中驱逐了那个包层。当其中一颗恒星爆炸时,其快速移动的喷流与慢速移动的圆盘碰撞,并沿着圆盘表面滑动,形成中速的“边界层”。研究小组认为这个边界层就是他们探测到的氢的来源,然后用HET研究了7年。

因此,HET数据成为解开超新星SN 2014C之谜的关键。“广义地说,大质量恒星如何失去质量的问题是我们正在探索的一个重大科学问题,”惠勒说。“多少质量?它在哪里?什么时候被弹出来的?通过什么物理过程?这些是我们想要追求的宏观问题。”

惠勒说,“而2014C被证明是一个非常重要的单一事件,它说明了这一过程。”


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