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【中国科学报】寻找超新星的前身星

2019-04-09 中国科学报 沈春蕾 陈艳
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  漆黑的夜空中,可能会突然出现一颗耀眼的星,它像灯塔一样明亮。然而这并不是一颗恒星,而是恒星走到生命尽头时爆炸形成的一颗“客星”,也就是超新星。

  近日,澳门赌场云南天文台研究员孟祥存和李蛟博士在Ia型超新星前身星研究方面取得新进展,前身星是解释Ia型超新星爆炸是怎么来的问题。

  他们发现B型亚矮星(光谱性为B型的热亚矮星)可能是一些超新星遗迹中的残留伴星,即Ia型超新星爆炸后存留下来的一颗恒星。这一研究为在超新星遗迹中搜寻Ia型超新星的残留伴星指出了一个新的方向,相关成果发表在《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上。

  从超新星说起

  一颗超新星的亮度在短时间内可以超过整个星系,释放出的能量甚至高于太阳一生的能量。同时,超新星还是宇宙中重元素的来源(在天文学中,把除氢和氦以外的元素统称为重元素)。美国宇航局(NASA)认为,超新星可以算是“宇宙空间中最大的爆炸”。

  孟祥存向《中国科学报》进一步解释道:“超新星是恒星演化到晚期的一种剧烈爆发现象,其亮度大概是太阳的1000亿倍,是宇宙中最为壮观的高能爆发现象之一。”

  中国也是最早观测到超新星的国家。人类记录下最古老的超新星是RCW 86,由中国天文学家在公元185年观测到,据记载,这颗超新星当年在空中停留了8个月。

  来自大英百科全书上的信息显示,在发明望远镜之前(17世纪早期),只有过7颗超新星的记录,其中最著名的超新星是蟹状星云。这颗超新星在1054年(宋至和元年)被中国和高丽(韩国)的天文学家记录下来。根据美国亚利桑那州以及新墨西哥州的壁画推测,当时美洲西南部的原住民也注意到了它,这颗超新星太亮了,甚至可以在白天看到它。

  此次研究的Ia型超新星是光极大附近光谱中没有氢、氦线,却有极强的硅吸收线的一类超新星,被普遍认为是从一个双星系统(由两颗恒星相互绕转组成的系统)的白矮星演化而来的。“当白矮星逐渐把它邻居恒星的气体全部吸收后,它便慢慢被压缩,导致内部的核反应,最后形成超新星的爆发。”李蛟说。

  发现残留伴星线索

  因为Ia型超新星被认为具有相同的光度峰值,天文学家把这类超新星看作“标准烛光”,从而测量宇宙中的距离。以Ia型超新星为距离指示器进行测距,研究人员发现宇宙正在加速膨胀,这就意味着宇宙是暗能量主导的宇宙。孟祥存表示:“尽管Ia型超新星在宇宙学中非常重要,但我们仍然不知道其前身星是什么,为此研究人员正在利用Ia型超新星来测量暗能量的物态方程及其随时间的演化。”

  天文学界普遍认为,根据伴星的类型不同,Ia型超新星前身星模型大致分为单简并星模型(白矮星从正常恒星吸积物质)和双简并星模型(双白矮星并合)。目前还不能区分哪个才是真正的Ia型超新星前身星模型。

  孟祥存指出:“在发生Ia型超新星爆炸时,单简并星模型会留下一颗残留伴星,而双简并星模型不会留下任何天体。所以在超新星遗迹中寻找Ia型超新星残留伴星就成了区分Ia型超新星前身星模型的重要方法。”

  “但是,最新的对SN1006(公元1006年记录到一颗超新星)和开普勒超新星遗迹的观测都没有找到合适的残留伴星候选体,这可能是因为前人的搜寻策略有问题。”李蛟说,之前的理论认为,Ia型超新星爆炸后留下的残留伴星应该会比较红,所以搜寻残留伴星的观测都是在红波段进行的。

  孟祥存和李蛟基于最新的Ia型超新星前身星模型(公共包层星风模型)研究发现,Ia型超新星爆炸后留下的残留伴星有可能是B型亚矮星,其辐射主要集中在紫外波段,应该用U或B波段搜寻。

  两位作者共同认为,如果最终证实SN1006和开普勒超新星的残留伴星是B型亚矮星,将可能会终结人们关于单简并星模型和双简并星模型的争论,这将是Ia型超新星研究的巨大进步。

  (原载于《中国科学报》 2019-04-09 第8版 探索发现)
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