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宇宙中最劇烈的爆炸來自強磁場星球?!

NWS_20131017_NEW_016_29301333_I1極亮超新星(super-luminous supernova)是近年來發現的新型爆發現象,比一般超新星(supernova)亮十到百倍,但究竟是什麼物理機制造成如此璀璨的亮度,目前科學界還沒有定論。由英國貝爾法斯特女王大學(Queen’s University Belfast)領導的跨國合作團隊,認為極亮超新星的能量來源,極可能是磁星(magnetar):一種擁有強烈磁場且一秒內旋轉數百次的快速自轉中子星(neutron star)。該團隊今日在國際知名期刊《自然》(Nature)上,發表了這份重要研究。

超新星是巨質量恆星演化到末期時的劇烈爆炸現象,經由爆發將產生的重元素拋入星際空間中,這些元素豐富了宇宙的化學組成,更組成了你我,或許這就是我們這麼熱切地尋找這些珍貴爆發的契機。當然,還有一個更重要的原因,就是它們很明亮—比太陽亮數十億倍,因此很多業餘天文學家用小型望遠鏡即可投入尋找超新星的行列,他們監測很多鄰近星系,夜復一夜,將新取得的影像與舊的影像對減,並通報給國際天文聯合會(IAU)可能的超新星候選者。

近幾年來,全世界大型的巡天計畫如火如荼地展開對全天空的監測,其中,座落於夏威夷Haleakala山,擁有全世界最大的數位相機的泛星(Pan-STARRS)計畫,其單幅曝光影像的範圍相當於35倍滿月的面積,對尋找超新星有驚人的貢獻,平均每年可以發現超過百顆超新星。泛星計畫屏除了傳統超新星巡天的選擇效應,並非針對單一的高表面亮度或漩渦星系逐一搜尋,而是進行無偏差的全天監測,因此發現了這種全新類型的極亮超新星,其偏好在矮星系(dwarf galaxy)環境中產生,也是傳統巡天策略下,不易偵測的部分。

一些理論物理學家認為,這類超新星的爆發來自於宇宙中質量最大的恆星,演化到生命終點時,產生類似原子彈的爆炸,這個原子彈有如三千萬倍的地球大小、或一百倍太陽質量,將整個恆星炸得粉身碎骨,也就是所謂的不穩定對超新星(pair-instability supernova)。貝爾法斯特女王大學帶領的國際合作團隊,利用泛星計畫望遠鏡與其他世界各地的大型天文台,追蹤觀察兩顆極亮超新星的光度變化情況,取得超過一年的完整觀測資料。然而,根據收集到的寶貴資料,並不支持上述超巨質量恆星的假設,研究團隊提出快速自轉的磁星模型,更能解釋極亮超新星現象。

該論文第一作者Matt Nicholl解釋:「我們知道當巨質量恆星演化到生命末期時,它的外層劇烈拋出成為超新星,而中間核心則塌縮成中子星。中子星是一種質量相當於太陽,但體積卻僅有數十公里的高密度天體。我們認為,在一些條件下,有些中子星擁有非常強烈的磁場,並且自轉非常快速,一秒鐘可旋轉三百次。當其自轉減速時,將轉動的能量經由磁場轉移給超新星,造成其比一般超新星明亮。此理論模型吻合我們所觀測到的資料。」

其指導教授、團隊主持人Stephen Smartt教授補充道:「極亮超新星真是很特殊的超新星!正因它們如此明亮,我們可以利用它們來當作照亮遙遠宇宙的火炬。光以等速在空間中旅行,也就是說當我們看得越遠,就是看到越久遠的過去。藉由了解這些炫目的爆發過程,我們可以探查宇宙剛誕生不久後的樣貌。我們的目標是在早期宇宙尋找這類超新星,偵測第一代恆星的形成,並了解它們如何產生宇宙中第一代的化學元素。」

 

欲參閱發表在自然期刊的論文,請點選連結:

Nicholl, M., et al. “Slowly fading super-luminous supernovae that are not pair-instability explosions." Nature 502.7471 (2013): 346-349.

無法下載者請參考:astro-ph

發稿單位:英國貝爾法斯特女王大學(經原作者同意轉譯)
編譯者:陳婷琬(該篇「自然」期刊論文的共同作者,現為英國貝爾法斯特女王大學博士候選人)

資料來源:Queen’s University Belfast scientists solve riddle of brightest exploding stars in the universe[2013.10.17]

轉載自網路天文館

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