僵尸白矮星的超新星遗迹!中国学者目击,人类历史上首次发现

超新星爆发,是宇宙中最为激烈的一种天文现象,可以使得一颗恒星瞬间爆发出巨大的能量,使其亮度超过自己所在的星系整体亮度。
我们通常所说的超新星爆发,通常指的是大质量恒星演化末期的爆发,将大量物质抛射到宇宙空间的同时,核心坍缩成一颗中子星甚至是黑洞。
(图片说明:超新星)
不过,在宇宙中,还有一种超新星爆发,非常特殊。这种超新星,只发生在双星系统中,那就是Ia型超新星。
Ia型超新星的出现,要求双星系统内必须要有一颗白矮星,还要有一颗红巨星。白矮星是一颗死亡的恒星,但它又属于致密星,引力非常强。而红巨星也是进入到演化末期的恒星,体积大幅膨胀,并且会向宇宙空间抛射大量的物质。
于是,凭借着强大的引力,白矮星就像是宇宙中的吸血鬼,把红巨星抛射出来的物质疯狂地吸附到自己的身上。当它的质量达到1.4倍太阳质量(即钱德拉塞卡极限)时,就会发生热核爆炸,这就是Ia型超新星。
听起来这个要求比较苛刻,但实际上双星系统在宇宙中很常见,而且宇宙中大部分恒星的命运都是从红巨星演化成白矮星,所以Ia型超新星并不罕见。而且,根据目前的研究,Ia型超新星的种类也并不单一,其中还有一种非常特殊的形式,那就是Iax型超新星。
根据科学家的推测,平均每发生100次Ia型超新星爆发时,其中就有31次是Iax型超新星。但是,由于释放的能量仅有前者的1%-50%,信号相对比较弱,所以科学家们观测到的Iax型超新星数量非常有限。也是因为同样的原因,科学家们推测,Iax型超新星爆发所产生的元素种类和数量,也和普通的Ia型超新星有所不同。只不过,由于观测数量太少,科学家们对这种天体的了解仍然很少。
最近,由中国天文学家周平所带领的国际科学家团队,在人类历史上首次发现了银河系内的Iax型超新星,填补了一项天文学空白。在一份新闻稿中,周平介绍说:“尽管此前已经有其他星系的Iax型超新星被我们发现过,但始终没有在银河系内发现它的痕迹。因此,本次发现对于了解白矮星各种各样的爆炸形式有着非常重要的意义。”
对于天文学家来说,Iax型超新星的重要性不仅仅在于它罕见,更是因为它们极有可能是宇宙中大量重元素的诞生摇篮,如铬、铁、镍等。
这个超新星遗迹位于银河系中心黑洞Sgr A*附近,所以被科学家们命名为Sgr A East。为了进行本次研究,该团队利用NASA的钱德拉X射线望远镜,对它进行了长达35天的观测。X射线数据表明,Sgr A East的元素和普通的Ia型超新星大不相同,而是与Iax型超新星高度吻合。
(图片说明:Sgr A*附近的超新星遗迹,红色是甚大望远镜拍摄的图像,青色来自于钱德拉X射线望远镜)
实际上,Sgr A East是很早以前就闯入天文学家的视线了。在最近20年的时间里,许多天文学家都对银河系中心的超大质量黑洞进行了观测。但是,在拍摄到的图像中,总是有一些比较诡异的背景,令他们非常困惑。
同样来自于南京大学的李志远告诉我们:如今,我们终于搞清楚了这是什么天体,以及它是怎样形成的。正是利用了钱德拉X射线望远镜的光谱仪,他们对这片区域内各种元素的发射线特征分析,确定了它来自于一颗Ia型超新星,而且很有可能是罕见的Iax型超新星。
(图片说明:X射线光谱和Iax型超新星的硫、氩、钙、锰、铁、镍发射线的特征高度吻合)
虽然我们前面看似介绍了完整的Ia型超新星爆发历程,但实际上其中有诸多细节都是未知的。比如白矮星吸收红巨星的物质具体是怎样的过程、其中有哪些细节,科学家的了解都非常有限。
研究人员认为,Iax型超新星爆发的核心原因,在于一种名为纯湍流缓燃(PTD)的机制。在这种机制下,Iax型超新星的爆发比普通的Ia型超新星要更缓慢一些,这也是导致它释放能量较少的重要原因。
(图片说明:Sgr A East的元素比例与理论上PTD模型高度一致)
通过X射线光谱,研究人员也注意到,Iax型超新星爆发时所产生的元素,和大质量恒星核心坍缩的超新星爆发并不相同,中等质量元素和铁元素的含量相对更低一些。相对应的,锰/铁和镍/铁的比例要更高一些。周平等人很兴奋,因为这很可能暗示着他们已经找到了一直想要寻找的目标。
加州帕萨迪纳加州理工学院的共同作者、来自于中国香港的梁成志介绍说:“这个结果向我们展示了白矮星不同的爆发形式、爆发原因以及它们制造这些基本元素的各种形式。如果我们判断的这个超新星遗迹没有错误,它将是距离地球最近的研究样本。”
对于这颗Iax型超新星,科学家的研究结果仍然还有很多不确定性,其主要原因就在于对超新星的建模还有许多不确定因素。从另一个角度来讲,这次研究正好是对于超新星模型的一种补充。
凭借着NASA的钱德拉X射线望远镜的光谱仪,科学家们对于超新星有了更加深入的了解。未来,随着更加强大的观测设备和光谱仪的出现,超新星爆发的更多细节也都将逐渐浮出水面。尤其是罕见的Iax型超新星,也将慢慢失去它们的神秘感。
正是这些超新星爆发的过程,产生了大量的重元素。而这些重元素不仅构成了今天的行星世界,更是生命出现的基础。因此,了解这些超新星,就等于是在了解生命的起源,这也是这些研究的重要意义所在。
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