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非凡的超新星向天文学家揭示了秘密:“一种时间机器”

2022-04-30 10:25:15  来源:cnBeta.COM

当一颗爆炸的恒星首次被探测到时,世界各地的天文学家开始用望远镜跟踪它,因为它发出的光随着时间的推移迅速变化。他们看到来自超新星的光越来越亮,最终达到峰值,然后开始变暗。通过记录光的亮度的这些峰值和谷值的时间(称为 “光变曲线”),以及在不同时间发出的光的特征波长,他们可以推断出该系统的物理特征。

Thomas说:“我认为这种科学真正酷的地方在于,我们正在寻找来自原生系统的物质的发射,这些物质在它作为超新星爆炸之前就已经被抛出。因此这就形成了一种时间机器。”

2014C超新星的前身是一个双星系统,是一个两颗恒星互相环绕的系统。质量更大的恒星演化得更快,膨胀,并将其外层的氢气输给了伴星。第一颗恒星的内部核心继续将较轻的化学元素燃烧成较重的元素,直到它的燃料耗尽。当这种情况发生时,一直支撑着这颗恒星的巨大重量的内核的外向压力就会消散。这颗恒星的核心崩溃了,引发了一场巨大的爆炸。

这使得它成为一种天文学家称之为"Ib型"的超新星。特别是,Ib型超新星的特点是在其喷出的物质中不显示任何氢,至少在开始时是这样。

自当年发现SN 2014C以来, Thomas和他的团队一直从麦克唐纳天文台的望远镜中关注它。世界各地的许多其他团队也用地面和太空的望远镜对其进行了研究,并在不同类型的光线下进行研究,包括来自地面甚大天线阵的无线电波、红外光和来自天基钱德拉天文台的X射线。

但是,所有各种望远镜对SN 2014C的研究并没有形成天文学家认为 Ib 型超新星应该如何表现的连贯图景。

首先,来自Hobby-Eberly望远镜(HET)的光学特征显示SN 2014C含有氢气--这一令人惊讶的发现也是由另一个团队使用不同的望远镜独立发现的。

“对于一个Ib型超新星开始显示氢气是完全奇怪的,” Thomas说。“只有少数几个事件被证明是类似的。”

第二件事,氢气的光学亮度(光变曲线)表现得很奇怪。>来自SN 2014C的大多数光变曲线--无线电、红外线和X射线--都遵循预期的模式:它们变得更亮,达到峰值,然后开始下降。但是来自氢气的光学光保持稳定。

得克萨斯大学奥斯汀分校教授和团队成员J. Craig Wheeler说:“我们一直纠结的谜团是‘我们如何将我们对氢气及其特征的德克萨斯HET观测融入到(Ib型)的画面中?’”

研究小组意识到,问题在于以前关于这个系统的模型假定超新星已经爆炸并以球形方式发出冲击波。来自HET的数据显示,这一假设是不可能的--一定发生了其他事情。Wheeler说:“它就是不符合球形对称的情况。”

研究小组提出了一个模型,即原生双星系统中两颗恒星的氢气包络合并形成一个“共同包络结构”,其中两颗恒星都包含在一个单一的气体包络中。然后,这对恒星在围绕着这两颗恒星的一个膨胀的、盘状的结构中排出了那个包络。当其中一颗恒星爆炸时,其快速移动的喷出物与缓慢移动的圆盘相撞,并以中间速度的“边界层”沿圆盘表面滑动。研究小组认为,这个边界层是他们探测到的氢气的来源,然后用HET研究了七年之久。

因此,HET数据变成了揭开超新星SN 2014C之谜的钥匙。“从广义上讲,大质量恒星如何失去其质量的问题是我们所追求的大科学问题,”Wheeler说。“有多少质量?它在哪里?它是什么时候喷射出来的?通过什么物理过程?这些都是我们要追求的宏观问题。”

Wheeler说:“而2014C被证明是一个非常重要的单一事件,说明了这个过程。”

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