揭開第谷超新星爆發成因之謎(組圖)

2011-04-28 21:41

這是一張藝術想像圖，描繪了根據此次的研究，第谷超新星遺蹟中X射線弓形激波的形成過程。(NASA)

這是第谷超新星遺蹟中鐵元素的分布。圖中標出了超新星爆發的位置，以及弓形激波和「陰影區」的位置。(NASA)

科學家們相信這張圖像中左下方的藍色弓形激波是證明超新星爆發中伴星可以倖存的有力證據。(NASA)

據英國《每日郵報》報導，丹麥著名天文學家第谷·布拉赫曾在1572年記錄到一次超新星爆發，當時他在發現天空中突然出現了一顆從來沒有看到過的「新星」。但其實這並不是一顆「新星」，而是原本就存在在那裡的一顆非常闇弱的星球突然爆發，亮度可以瞬間增加數千萬倍。這顆「新星」被命名為「第谷超新星」。 後來，美國宇航局錢德拉X射線空間望遠鏡觀測到了當年那次超新星爆發留下的遺蹟。

而現在，科學家們相信他們已經找到了第谷超新星形成的確切原因。這張壯觀的圖像將可能為科學家們揭示這一歷史懸疑提供關鍵證據。

科學家們相信這一個案例證明在雙星系統中，一顆成員星發生超新星爆發時，另外一顆成員星可以不至於同時被摧毀。

美國麻省理工學院的丹尼爾·王(Daniel Wang)是這一課題的研究人員，他說：「看起來這顆成員星距離那次劇烈的爆發很近，但是卻相對完好的倖存了下來。不過當身邊的伴星爆炸時，它可能還是受到了嚴重的衝擊，加上它原先具有的軌道初速度，導致這顆恆星現在正以很高的速度穿行於空間之中。」

第谷屬於1a型超新星，這種超新星爆發由於亮度非常固定，很多時候在天文上會被用作「量天尺」，用以觀測由於暗能量導致的宇宙加速膨脹。

最近，一組科學家在對錢德拉望遠鏡的數據進行分析之後發現，在第谷超新星遺蹟中存在一個X射線弓形激波。

有證據顯示，這種弓形激波是當一顆白矮星發生劇烈爆發，強大的衝擊力剝離其附近伴星表面的物質進入太空而形成的。

另一位科學家，來自中國科學院的盧方軍表示：「有關Ia型超新星爆發的起因一直是一個懸而未決的問題。但由於它們是茫茫宇宙中的燈塔，我們必須搞清楚究竟是何種機制觸發了這樣的爆發現象。」

目前有一種流行的理論，認為Ia超新星的發生時由於兩顆白矮星的合併。不過根據這種理論，那麼不應該會有任何伴星或由於爆發而剝離伴星表面物質這樣的現象發生。

還有另外一種流行的理論，認為Ia超新星的爆發是由於在雙星系統中，一顆成員星是白矮星，它的強大引力從伴星身上奪取物質，導致自身的質量上升，直到重新點燃自己，引發劇烈的失控熱核反應，將自己徹底炸毀。

其實這兩種狀況只要具備了合適的條件確實都可能發生，但是這一次錢德拉的觀測看來更傾向於支持第二種說法。

另外，此次對第谷超新星的研究也發現了一個現象，那就是恆星似乎非常「頑強」：如此劇烈的近距離超新星爆發竟然只剝離了這顆伴星身上的一小部分物質。

在此之前天文學家們也曾在超新星遺蹟中觀測到一顆以極高速度運行的單個恆星，現在看起來它很有可能也是屬於某個雙星系統毀滅後的孤獨倖存者。

根據觀測到的X射線弓形激波形態，以及這顆倖存伴星的性質，研究小組計算出了那次可怕的超新星爆發之前，這一雙星系統中兩顆成員星的相互繞轉週期以及兩者之間的軌道距離。

計算顯示，這兩顆恆星相互繞轉的週期約為5天，距離約為100萬分之一光年，這大致相當於太陽到地球距離的十分之一不到。相比之下，超新星爆發留下的遺蹟現在的直徑大約是20光年。

這個弓形激波的特徵還顯示它是由伴星表面剝離的物質所形成的。如，這一遺蹟的X射線輻射觀測顯示在弓形激波區附近存在一個明顯的「陰影區」，這裡激波被阻擋。這很顯然是當物質從伴星表面被剝離進入太空時，由於其星體阻擋而形成的屏障區。

盧方軍說：「這是一個關鍵證據，證明第谷超新星是由一顆正常的伴星表面物質被爆炸剝離所形成的。我們現在似乎已經找到了這個證據。」

這個弓形激波的形態非常特殊，和遺蹟中其它的結構都不一樣。在遺蹟的其它部分先前也發現了一些纖維狀結構，但它們的形狀非常不同，這可能是由於受到宇宙射線加速導致的。

有關這一研究的詳細論文獎發表在5月份出版的《天體物理學報》。