天文学家首次拍到超新星残余体的“初生照片”(图)

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【明慧网二零零二年六月十八日】(明慧记者编译)正如很多父母兴奋地分享他们新生儿的第一个微笑和第一次走路的照片,一个由跨国天文学家组成的国际合作小组正在展示他们首次拍摄到的初生超新星残余体的早期发展的照片。这些照片于本周二(2004年6月4日)在新墨西哥州艾尔伯丘卡(Albuquerque)市举行的美国天文学学会第200届年会上公布于众。这些照片第一次记录了“热点”的出现和运动,这些“热点”位于由爆炸星体产生的碎片与其周围气云发生碰撞的地方。

照片中的“小宝贝”是超新星1987A的残余物,超新星1987A为1987年2月发现的恒星爆炸。这些图片证实了一般的理论预计,同时也提供了一些意想不到的地方:一个死星喷出的宇宙“烟环”被一个速度高达每小时数以百万英里计的巨大的震波所湮没。

超新星是这样产生的:当一个庞大的恒星自发崩溃的时候,巨大的爆炸将恒星的外层,也称喷出物射出,其亮度之强可使一个由几十亿个星球组成的银河系顿时黯然失色。但是恒星爆炸本身远非是故事的结束。喷出物以每小时数百万英里的速度移动,撞击其周围的星际星云,将他们加热至几百万度。当这些星云冷却时,可以产生壮观的X-光线,无线电波,以及可见光,通称为“超新星残余”。遗憾的是,超新星相当罕见,而且所有靠近(地球)的超新星残余生成于多个世纪之前。他们爆炸时产生的能量和碎片大部分已被星际星云吸收和冲淡。从超新星到超新星残余的转变细节从未被观测到过。

对超新星1987A的观测使情况发生了改变。作为近四个世纪以来(距地球)最近和最明亮的超新星,它是人类了解得最详细的超新星。超新星1987A产生于大麦哲伦云,一个绕我们地球的银河系运转的小星系。它距地球约有16万光年,位于剑鱼星座的南面。

围绕超新星1987A的有三个耀眼的星际气体星云,这些星云是行将死亡的恒星在爆炸前2万年时排出的(见图1)。观测结果显示,这些星云呈平面环形,因为与我们的视角呈45度倾斜的缘故,看起来呈椭圆形。这些星云由于恒星爆炸时产生的大量紫外线而显得非常明亮,随后其亮度逐渐变暗。


图1. 1994-1995年哈柏太空望远(HST)拍摄到的超新星1987A虚拟彩图

虽然按照宇宙的标准超新星1987A离我们已经很“近”了,对超新星残余的研究仍然非常困难。从地球上看超新星残余内环的大小就如同从两英里外看一个25美分硬币一般。只有哈柏太空望远镜(HST) 以及最先进的地面天文望远镜才能够检测到该超新星体系的详细演化过程。

当恒星爆发时,它的喷出物以每小时5千万英里的速度向外喷射。天文学家预计这喷出物最先将与星际气体星云的最内层相撞击,由此产生巨大的冲击波,并产生几百万度的高温。证据来自1997年哈柏太空望远镜拍摄到的可见光图象,即位于内环的一个耀眼“热点”。使用高敏感度的数据处理技术,天文学家认为第一个热点在两年前还比较微弱,由此以可见光波长为单位,超新星残余1987A的“生日”为1995年3月。

天文学家最初认为第一个出现的“热点”标志着全面撞击的开始,他们预期这第一个“热点”会向外扩散并快速照亮整个恒星内环。但在随后的两年里,第一个“热点”仍只是一个点,没有观测到新“热点”,天文学家由此猜测大规模的撞击还没有发生。

一位哥伦比亚大学的博士生本.苏格曼(Ben Sugerman)代表“超新星特别观测”国际合作小组,在本年度美国天文学学会会议上汇报说撞击已经发生了。苏格曼和他的合作伙伴还在最新的《天文物理学报》(2002年6月10日刊)上发表了他们的论文。

根据哈柏太空望远镜(HST)新的观测结果,从1999年初开始,新的“热点”在恒星内环四周的不同位置出现,1999年有6个,2000年增加了6个,2001年底又多了4个。持续性的单个“热点”出现,而不是呈向外扩展的亮弧的特点说明,“热点”是在恒星喷出物作用下,在肉眼看上去是一团一团的内环上呈尖尖的,向内突起状分布。豪夫斯达(Hofstra)大学的史蒂夫.劳伦斯(Stephen Lawrence)博士对此解释说,“这些突起物先受到撞击,就象沿海城市的码头在巨浪抵达岸边之前首先被巨浪摧毁一样。”

“热点一个接一个地出现,就象一个婴儿掉下第一颗乳牙一样”,哥伦比亚大学的艾林.克劳兹(Arlin Crotts)博士描述说,“令人惊奇的是,这些热点并没有按正常的或可预测的规律出现,他们仍然没有扩散成明显的环形”。

现在,“热点”几乎已经布满了整个内环。劳伦斯补充道:“喷出物的巨大冲击波已经快撞到内环的边缘,接下来就会看到真正的精彩场面,所有受撞击的,炙热的星际气体星云腾空而起,象焰火一样。(新热点的出现如图2所示,图3的动画更加生动。)


图2. 哈柏太空望远 (HST)1997年(左),2002年(右)拍摄到的超新星1987A 虚拟彩图,显示热点活动的剧烈增加。


图3. 动画显示1999年1月至2002年5月热点活动急剧增加。
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