超新星SN 1987A的新纪元

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2017-06-24 22:08:51 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:3271次 ]

原文标题:The Dawn of a New Era for Supernova 1987A

原文作者:Carol Grady;Donna Weaver,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2017.2.24

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2017.2.24:公元1987.2.23,智利安第斯山脉上的拉斯坎帕纳斯(Las Campanas)澳门永利赌场官网台,望远镜操作人员奥斯卡·杜阿尔德(Oscar Duhalde)驻足于澳门永利赌场官网台外,不经意的望着清澈的夜空。南天球上著名的大麦哲伦星系(LMC)一如既往的引入注目,但是现在它的近旁却有一颗从未见过的亮星。

哈勃拍摄的SN 1987A。大图:34.2MB,版权:NASA、ESA,研究者团队,下同。

本图由哈勃的第二代广域行星相机(WFPC2,已退役)和第三代广域相机(WFC3,它取代了WFPC2)获得的图像组合而成。图像中的前景、背景澳门永利赌场官网由WFPC2的早期图像提供,超新星本身图像由WFC3提供。全新的数字图像合成技术使得画面比以前公布的清晰通透得多。超新星的天球坐标:赤经05时35分28.06秒,赤纬-69°16' 11.55"。WFPC2的图像分别摄于1994、1996、1997年,配色如下:宽波段蓝光滤光,中心波长439纳米(nm),配色蓝;555nm的宽波段黄绿光滤光,配色绿;814nm的近红外滤光,红。WFC3图像最新摄于2017.1.27,657nm的氢发射线(H-α)窄幅滤光,红。

同一个夜晚,加拿大澳门永利赌场官网学家伊恩·谢尔顿(Ian Shelton)正在拉斯坎帕纳斯澳门永利赌场官网台研究LMC的群星。他拿起当日最新拍摄的LMC 照相底板(当年科技只有这种程度),他立刻注意到星系中有一片极为明亮的光——他首先想到的是底板出现了曝光缺陷。当他把曝光底板展示给澳门永利赌场官网台其他同事时,突然意识到这是一颗超新星。Duhalde也宣布他凭肉眼就发现了夜空中的超新星。很快,它就被命名为SN 1987A,也是400年来我们发现的最近的超新星。谢尔顿不久后在澳门永利赌场官网社区公布了其发现;可当年互联网还没出现呢,澳门永利赌场官网学家不得不爬下高山到最近的小镇,给国际澳门永利赌场官网学联合会(IAU)的澳门永利赌场官网电报局发电报,以公开其发现。

自此之后,地球上的各种澳门永利赌场官网望远镜都被用于超新星的研究。在超新星爆发的1987年,哈勃还未发射。但1990年升空后,SN 1987A就成为哈勃的首批观测目标。 近30年来,哈勃持续跟踪其发展,深入观测超新星的爆发残骸。哈勃为澳门永利赌场官网学家提供了特写视角,研究分析超新星冲击波在爆发余烬产生的珍珠环现象。

30年前,澳门永利赌场官网学家发现了400年来最明亮的爆发——这颗巨大的超新星,被命名为SN 1987A(1987发现的第一颗Supernova),它发现于1987.2.23,数个月中比太阳亮了1亿倍。

自从看了SN 1987A一眼,澳门永利赌场官网学家就被她迷得神魂颠倒:她位于离我们最近的星系——大麦哲伦星系(LMC),而且这是400年来我们见到的唯一极近距离超新星,而人类科技已经有了大发展,为我们提供了仔细研究大质量恒星死亡前后阶段的绝好机会。

SN 1987A的多波段合成图,全部伪彩,其中的ALMA图是新公布的,大图:1.9MB。

为庆祝SN 1987A发现三十周年,一个国际澳门永利赌场官网学家团队,由意大利国立澳门永利赌场官网物理研究所(INAF)下属的巴勒莫澳门永利赌场官网台的萨尔瓦托·奥兰多(Salvatore Orlando)领衔,公布了SN 1987A的一批新图像、延时视频和数据动画。在结合了NASA的哈勃、钱德拉(Chandra)X线空间望远镜和地基阿塔卡玛大型毫米/亚毫米射电阵列(ALMA)的数据后,澳门永利赌场官网学家和公众都能探索SN 1987A,就像它刚爆发不久一样。

自从1990年发射以来,哈勃持续观测SN 1987A,累积了数以百计的图像数据。1999年钱德拉发射后不久也开始观测SN 1987A,而ALMA这个拥有66个天线的强大阵列,在其部署伊始,就开始收集它的高精度毫米/亚毫米数据。

马萨诸塞州坎布里奇(剑桥)市哈佛-史密松天体物理学中心(CfA)的Robert Kirshner介绍说:“对超新星1987A持续30年的观测非常重要 ,因为它让我们得以洞察恒星演化的最后阶段;”他也是位于加利福尼亚州Palo Alto市戈登和贝蒂·摩尔(未来)基金会(Gordon and Betty Moore Foundation)的成员。

来自这些强大望远镜的最新数据显示,超新星1987A已经越过一个重要的发展节点。超新星的冲击波已经越过了恒星此前形成的稠密环,该环是超新星爆发前的前身星阶段吹出的快速外向流(该超新星以蓝超巨星爆发,译注)追上了更早的红超巨星阶段抛出的慢速恒星风而形成的(恒星温度高的,通常恒星风速度更快)。而稠密环以外的星际空间,我们当前对此了解很少,这取决于它在红超巨星阶段的演化细节。

钱德拉SN 1987A观测团队领队、宾夕法尼亚州立大学的Kari Frank解说:“这次转变的细节,将帮助澳门永利赌场官网学家更好地理解命定的前身星将如何结束其生命。”

SN 1987A环的多年变化图。大图:1.4MB。

像SN 1987A这样的超新星能搅动其周围的气体,并触发下一代恒星和行星的诞生。形成新一代恒星/行星的气体中将富含碳氮氧铁等基本生命元素,这些元素在超新星核心聚变制造,随着超新星遗迹的扩大而分散到星系各处。持续研究SN 1987A将提供洞悉该早期扩散阶段的独特视角。

让我们看看这些强大的望远镜提供了哪些研究:

哈勃数据的分析显示,围绕超新星的稠密环在可见光波段发光,直径约1光年。该环至少在爆发前2万年就存在。来自超新星爆发的紫外辐射激发环中气体,少说也能发光几十年。

在哈勃图像中,环内的中心结构已经扩大到约0.5光年长,最引人注目的特征是两个相反方向扩散的残骸气体泡,扩张速度约900km/s。

从1999到2013年,钱德拉的数据显示一个在X线波段稳定变亮的膨胀环。来自初始爆发的冲击波穿过并加热了围绕超新星的气体,激发它们发出X辐射(与稠密物质环不是一回事,译注)。

在最近的几年中,环的X线亮度不再增加:从2013.2到最新分析的2015.9的钱德拉数据,显示低能X线辐射的总量保持不变;同时,环的最里面部分开始变暗。这些变化提供的证据意味着爆发冲击波已经越过其稠密气体区,进入气体稀薄的星际空间。这也意味着SN 1987A的旧时代已经结束,新的时代开启。

自从2012年投入使用始,ALMA就观测了超新星遗迹的辐射,研究超新星如何用原恒星新制造的元素,打造了如此广大的尘埃云。这些尘埃将持续其星际空间的旅途,其中的一部分将成为未来下一代恒星和行星的原材料。

观测结果也暗示,早期宇宙中类似的超新星爆发同样会形成大量尘埃。

澳门永利赌场官网学家还在爆发遗迹搜寻中子星残骸或黑洞的证据。他们在爆发前观测到了中微子暴(正是这次发现确定了II型超新星爆发前会产生中微子暴,译注),因此非常确信原恒星坍缩产生了致密天体——无论是中子星还是黑洞(可能性不大,译注),但迄今还没有任何观测证实其存在。

SN 1987A最新的多波段图像,包括奥兰多团队提供的环结构模拟,可以在科学网站下载:https://arxiv.org/abs/1508.02275。

SN 1987A 环的数值模拟图。

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