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眾望遠鏡轉播175年前一場大爆炸的回光

2012/02/21 | | 標籤:

太空望遠鏡研究所(Space Telescope Science Institute,STScI)Armin Rest等天文學家利用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope,HST)觀察船底座Eta(Eta Carinae)雙星系統約在175年前一場劇烈爆炸事件的回光(light echo)。這項研究,將有助於天文學家瞭解關於大質量恆星超新星爆炸的一些細節。Rest表示:任何目前已知的船底座Eta爆發事件,都是從「目睹」的歷史紀錄而來;但利用現代科學儀器,一年一年追蹤這些回光如何變化,卻可以知道在爆發事件這麼多年之後,直接瞭解爆發的本質。

這場被稱為「大爆發(Great Eruption)」的超新星爆炸事件於西元1837年首度被觀測到,而且一直到1858年都還可以看到爆炸的餘光。但當時的天文學家沒有如現代般的精密儀器,無法正確地記錄這場猛爆性天文事件。由於爆發當時所發出的光是向四面八方散開,現代天文學家何其幸運,其中一部分爆發當時所發出的光,被離船底座Eta星有段距離的塵埃雲氣反射後間接傳遞到地球。由於回光走的路徑比爆發後直衝地球而來的光還長許多,因此延宕了175年才抵達地球。天文學家詳細分析這個回光,可以從中瞭解這個巨獸級大質量恆星毀滅瞬間的狀況,或許可幫助天文學家修正關於超新星爆炸的理論模型。

船底座Eta位在南天的船底座方向,距離地球約7,500光年,兩星總質量高達140倍太陽質量左右,是銀河系中最大、最亮的恆星系統之一。不過這對雙星卻是以這個大爆發事件著稱,因為這場1837年的爆發事件是曾觀測到過類似事件規模最大的。1837年爆發後約20年的期間,船底座Eta流失約20個太陽質量的物質,成為當時全天第二亮的恆星。有一部向外流失的物質在恆星周圍形成一對巨大的物質瓣(lobe)。

以天文尺度而言,船底座Eta算是離地球相當近的恆星系統,因此天文學家已經啟用包括哈柏太空望遠鏡在內的各式望遠鏡觀察船底Eta。除了哈柏之外,Rest等人還結合了地面望遠鏡的可見光和光譜觀測資料來進行研究;雖然光譜觀測並不是新鮮事,但之前都僅針對超新星本身,Rest等人的研究則是首度利用光譜分析船底Eta的回光,可由此獲得超新星爆炸像外拋出物質的「指紋」,如溫度和速度等。

雖然這個回光比超新星爆發本身晚了175年才抵達地球,但帶給天文學家的驚喜卻不下於超新星爆炸當時。船底Eta是所謂的亮藍變星(Luminous Blue Variable,LBV),這類恆星質量很大、非常明亮,週期性地發生爆發。這個紊亂的恆星系統的行為,和其他類似的恆星系統不大相同。例如:從船底Eta中心區向外流出物質的溫度高達絕對溫度5,000K,比其他類似的爆發恆星的流出物質溫度還低得多。對付這個恆星怪胎,Rest等人得回頭檢視相關的理論模型,看看到底是什麼樣的變動因素造成現在觀測到的這種奇特狀況。

Rest等人其實是比較2010年和2011年利用美國光學天文臺(U.S. National Optical Astronomy Observatory)位在智利托洛洛山的泛美天文臺(Cerro Tololo Inter-American Observatory,CTIO)4米Blanco望遠鏡所拍攝的可見光影像,從而發現船底Eta的回光。後來他們另從亞利桑納大學(University of Arizona)天文學家Nathan Smith處得到2003的CTIO觀測系列觀測資料,對分析這場大爆炸事件的工作更如虎添翼般。

這個回光比超新星爆炸本身的光還暗很多,但僅一年相隔就可以看出它的位置有變動,不過這個位置變動並不是同一束光真的在這些塵埃間移動,而是與船底Eta不同距離、不同方向的塵埃反射回光的時間也不同,與看起來好像是同一道光、或是一般超新星爆炸的震波向外傳遞過程中激發周邊物質的光隨震波移動而向外擴張的狀況不一樣。

而利用卡內基研究所(Carnegie Institution)麥哲倫望遠鏡(Magellan)和智利坎帕斯山天文臺(Las Campanas Observatory)du Pont望遠鏡所做的光譜觀測,Rest等人不僅獲得物質流的溫度,還估算出超新星爆炸向外拋射的物質移動速度高達每小時70萬公里,與理論模型預測相符。

此外,這群天文學家利用位在澳洲塞丁泉(Siding Spring)Las Cumbre天文臺的福克斯南座望遠鏡(Global Telescope Network’s Faulkes Telescope South)監測回光的強度變化,再與1800年代天文學家所做的那20年持續可見的超新星爆炸亮光逐漸變亮而後逐漸變暗的觀測繪圖比較,發現這場爆發事件在1843年時亮度達到最亮的趨勢是相同的。

這些天文學家將持續追蹤監測船底Eta的回光變化,並預測在未來6個月間,船底Eta回光的亮度應該會接近1844年時看到的亮度。如果持續監測到能捕捉到所有方向傳回的爆發回光,那麼屆時或許可以獲得這場大爆發事件的整體狀況。

資料來源:Astronomers Watch Delayed Broadcast of a Powerful Stellar Eruption[2012.02.15]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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