天文学家首次发现大规模“双重爆炸”

有些恒星如此渴望伟大,以至于它们会爆炸两次。天文学家团队首次找到了直接的视觉证据,证明一颗恒星以两次爆炸的方式结束了其炽热的生命。该团队使用欧洲南方天文台的甚大望远镜(ESO’s VLT)在数个世纪前的一颗超新星(编号为SNR 0509-67.5)的残骸中发现了这种双重爆炸。他们发现了证实该恒星遭受了两次爆炸的模式。研究结果刊登在《自然天文学》杂志7月2日发表的一项研究中,并提供了对宇宙中最重要的一些爆炸的新视角。 

什么是Ia型超新星?

宇宙中的大多数超新星是大质量恒星的爆炸性死亡。一种重要的超新星变种来自一个不起眼的来源——白矮星。这些天体是大型恒星(与我们的太阳相似)耗尽所有核燃料后留下的微小、不活跃的核心。白矮星也可以产生天文学家称之为Ia型超新星的现象

“白矮星的爆炸在天文学中起着至关重要的作用,”该研究的合著者、澳大利亚新南威尔士大学堪培拉分校的博士生Priyam Das说。“然而,尽管它们很重要,但触发其爆炸的确切机制这一长期存在的谜团仍未解决。”

我们对宇宙膨胀如何进行的许多了解,都依赖于对Ia型超新星的理解。这类超新星是地球——包括现在在你血液中流动的铁——的主要来源。

Ia型超新星通常以一颗双星系统中的白矮星开始。如果另一颗恒星轨道足够近,白矮星就可以从其伴星那里窃取物质。在Ia型超新星最普遍的理论中,白矮星从其伴星那里吸收物质——直到达到临界质量。然后,就是一次伟大、炽热的爆炸。然而,最近的研究表明,一些Ia型超新星可能通过双重爆炸来更好地解释,这种爆炸发生在恒星达到临界质量之前。

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双重麻烦的景象

在这项新研究中的超新星——SNR 0509-67.5——距离地球约16万光年,位于天蝎座。天文学家描述了他们使用ESO的VLT数据拍摄的一张新图像,该图像证实了关于双重爆炸的猜测是正确的。有些Ia型超新星是通过“双重爆炸”机制而不是一次爆炸来爆发的。在这个新模型中,白矮星在其周围形成一层窃取的氦气。氦气是一种可能变得不稳定并点燃的化学元素。如果发生这种情况,初始爆炸会产生一个向内传播的冲击波。这会触发恒星核心的第二次爆炸,最终形成超新星。

此前,一直没有明确的视觉证据表明白矮星会发生双重爆炸。天文学家曾预测,这个过程会在超新星仍在发光的残骸中产生独特的模式或指纹。他们推测,这种线索将在初次爆炸很久之后可见,部分原因是这种超新星的残骸将有两个独立的钙壳。  

天文学家现在已经在超新星残骸中发现了这种钙指纹。根据该研究的合著者、德国海德堡理论研究所的核天体物理学家Ivo Seitenzahl的说法,这些结果“清楚地表明白矮星可以在达到著名的钱德拉塞卡质量极限之前很久就发生爆炸,并且‘双重爆炸’机制确实在自然界中发生。” 

研究小组通过使用ESO的甚大望远镜(VLT)上的多单元光谱探测器(MUSE)观测超新星遗迹SNR 0509-67.5,探测到了这些以蓝色显示的钙层。研究结果有力地证明,Ia型超新星在其母白矮星达到临界质量之前是有可能发生的。

This image shows the distribution of calcium in the supernova remnant SNR 0509-67.5. The data were captured with the Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) instrument at ESO’s Very Large Telescope (VLT). The overlaid curves outline two concentric shells of calcium that were ejected in two separate detonations when the star died several hundred years ago.
这张图像显示了超新星遗迹SNR 0509-67.5中钙的分布。数据是由ESO的甚大望远镜(VLT)上的多单元光谱探测器(MUSE)仪器捕获的。覆盖的曲线勾勒出在数百年前恒星死亡时两次独立爆炸中喷射出的两个同心钙壳。图片来源:ESO/P. Das et al.
ESO/P. Das et al.

宇宙卷尺

Ia型超新星对天文学家也很重要,因为它们的行为非常一致,且亮度可预测——无论它们有多远。这种一致性有助于天文学家测量空间距离。在使用Ia型超新星作为宇宙卷尺的过程中,天文学家发现了宇宙加速膨胀的现象。促成这一突破性发现的团队于2011年获得了诺贝尔物理学奖。研究这些超新星如何爆炸将帮助我们理解为什么它们的亮度如此可预测和一致。

“这一双重爆炸的切实证据不仅有助于解决一个长期存在的谜团,还提供了一场视觉盛宴,”Das说,他描述了超新星产生的“精美的分层结构”。“揭示如此壮观的宇宙爆炸的内部运作令人难以置信地有回报。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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