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揭超新星爆炸不均衡本性 恒星死亡过程一波三折

http://www.kexue.com 2014-02-27 09:34:09 凤凰科技  发表评论


第一张超新星残余物的放射性地图。蓝色展示了利用美国宇航局NuSTAR太空天文台观测到的高能量X射线的放射性物质

这张演示图展示了超新星爆炸的发展

  近日科学家们表示,恒星摧毁性的爆炸死亡似乎是不均衡的宇宙爆燃。这项最新发现是基于美国宇航局X射线绘制的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)太空望远镜收集的数据,它或可能提供,恒星在以超新星形式爆炸时恒星中央究竟发生了什么的线索,研究人员补充说道。

  碳以后的元素是在巨大的恒星内部合成,它们组成了恒星、行星和人类。这些元素在恒星生命末期发生的爆炸过程中扩散至太空,超新星是如此明亮以至于瞬间让整个星系相形见绌。

  恒星刚出生时质量往往是太阳的8倍以上,而它们生命终结时则是以所谓内核坍塌的超新星形式。当这样一颗巨大恒星燃料殆尽时,它会在几分之一秒的时间内坍塌成为一个极度密集的核块。随后落入坍塌核心的物质将反弹,产生暴力的冲击波将物质向外炸飞。

  在过去的几十年间,“我们产生的最好的超新星爆炸模型要求恒星以对称的形式坍塌,”研究首席作者、美国加州帕萨迪纳市加州理工学院的天体物理学家布莱恩-格里芬斯泰特(Brian Grefenstette)这样说道。“恒星是巨大的球状气体球,因此它们必须以某种球状形式坍塌也并非无道理。”

  “问题是,当你试图让恒星以对称形式坍塌从而爆炸时,它根本就不会爆炸,” 格里芬斯泰特说道。这种失败很明显发生在对称模型里,因为始于恒星中央并将摧毁恒星的冲击波被所有上方的物质所围困,这意味着冲击波“找不到出路,” 格里芬斯泰特说道。

  因此,天体物理学家探索了不同的方式,在他们称之为非对称的垂死恒星物质里添加波纹涟漪,“使得冲击波能够突出重围撕裂恒星,” 格里芬斯泰特解释道。然而,至于这种内核坍塌的超新星究竟长什么样科学家们仍不清楚——预测的形状因采用的爆炸模型的不同而迥然不同。

  现在通过观察爆炸附近的残余物,科学家们证实了超新星可以是非对称的。“我们的结果是朝观测恒星中央的具体情况迈出的第一步。”

  研究人员调查了仙后座A源,一个位于11000光年远,发生在350年前的超新星爆炸残余物。他们关注于放射性钛同位素Ti-44的分布,后者产生于恒星内核的深处。超新星将钛-44抛射除去,就像炸弹散开残骸一样。

  “我们就像法医一样,研究着爆炸之后的放射性灰烬,希望理解在爆炸过程中发生了什么。” 格里芬斯泰特说道。由于钛-44具有放射性,“它会发出一种特殊颜色的光——高能量X射线。”研究人员利用NuSTAR太空望远镜观察这种发光的物质,“这是第一台拍摄了这种颜色光的细节图片的望远镜,使得我们能够获得之前隐藏的很多信息。”

  这些图片显示了放射性同位素以不均匀的方式散布传播,这解释了爆炸过程其实是更不对称的,而不仅仅限于球状爆炸,虽然它本质上并非完全不平衡。

  “我们的结果指向了一个观点,也就是爆炸的发生是因为恒星核心在坍塌过程中有所晃动,” 格里芬斯泰特说道。“在这种情况下,我们认为过程有点类似在炉子上煮开水,气泡产生于壶底,然后慢慢上升,使得表面的水有所晃动,并导致某些蒸汽的泄露。”

  “在超新星里,这种热并非来自炉子的燃烧器,而是来自名为中微子的小型粒子,后者产生于爆炸中央巨大的压力。” 格里芬斯泰特说道。“这些中微子加热了坍塌中央的物质,使得据大的炙热气体泡透过物质上升,引起恒星核心略微晃动。”

  这些晃动“使得冲击波摆脱围困它们的物质,一旦这种情况发生,整个事件就类似于你在高压锅顶部穿了个孔——整体都爆炸了。” 格里芬斯泰特说道。这项研究被发表在2月20日的期刊《自然》上。

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