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放射性鈦衰變激發超新星殘骸發光

2012/10/19 | | 標籤:

天文學家利用歐洲太空總署(ESA)的Integral X射線太空望遠鏡,首度在1987A超新星殘骸(SNR 1987A)中直接偵測到放射性鈦元素。這些天文學家認為:過去至少20年中,SNR1987A很有可能是受到放射性鈦在衰變的過程中所釋放的能量激發而發光。

恆星就像核子爐,在其核心不斷進行氫融合成氦的工作。當恆星質量大於太陽的8倍時,當核心的氫燃料用盡時,恆星會向內收縮,如此一來會將核心溫度推高到足以製造相當重的元素的核反應,例如鈦、鐵、鈷和鎳等。猛烈的收縮將導致反彈,並發生超新星爆炸,將這些重元素拋向太空。

超新星爆炸由於威力超猛,釋出能量極多因而相當明亮,甚至有段時間可比它所在的宿主星系總亮度還亮。當初始的閃光過後,超新星殘骸的總光度轉而由爆炸產生的放射性元素自然衰變過程中釋出的能量來維持。

每種元素在衰變過程中,都會輻射出某些特定波長的能量,天文學家便可經由光譜譜線來瞭解超新星爆炸拋出物質的化學組成,這些物質多半環繞在這顆爆炸的恆星周圍,成殼層狀分佈。

超新星SN 1987A位在離銀河系最大的衛星星系—大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud)中,距離很近,只有16.6萬光年,因此當它於1987年2月發生超新星爆炸時,甚至用肉眼就可以看到爆炸的光;因它是1987年發現的第一顆超新星,因而編號為1987A。在爆炸的最盛時期,天文學家在爆炸噴出物的外層偵測到氧到鈣等元素的特徵;之後很快地,噴出物內層因爆炸而形成的物質特徵也顯示有鎳-56到鈷-56等放射性元素衰變;這些放射性元素半衰期僅短短的數百天後,他們最後會衰變成鐵-56。

爆炸25年之後的今日,經過Integral太空望遠鏡長達1000小時的高能X射線波段觀測,天文學家首度在SNR 1987A中偵測到到放射性元素鈦-44。這是第一次有直接證據證明SNR 1987A中有鈦-44這種放射性元素產物,而且鈦-44的含量還非常多,又由於鈦-44的半衰期長達60年,在超新星爆炸3年之後,到超新星爆炸物質與周邊拱星物質有交互作用為止,SN 1987A的亮光基本上都來自鈦-44,時間長達20年以上。

鈦-44應是在SN 1987A前身恆星發生核心塌縮後不久就產生的。俄羅斯科學研究院太空研究所(Space Research Institute of the Russian Academy of Science)的Sergei Grebenev表示:分析觀測資料後,他們估計這個超新星殘骸中的鈦-44總質量約相當於0.03%倍太陽質量。這個含量接近理論預測的上限值,且幾乎是另一個超新星殘骸—仙后座A(Cas A)的兩倍。目前天文學家只在SN 1987A和仙后A這兩個超新星殘骸中偵測到鈦-44。Grebenev等人認為:SN 1987A和仙后A的鈦-44含量這麼高,很可能是超新星裡的特例,似乎在幾何形狀不對稱的超新星中比較容易發生這種狀況,而且可能是重一點的元素合成的結果。

經由這些觀測結果,將可協助天文學家進一步瞭解大質量恆星生命末期到底會經歷哪些過程。

資料來源:Radioactive decay of titanium powers supernova remnant. ESA [18 October 2012]

轉載自 網路天文館

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