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發現新型超新星爆發型態

2011/06/28 | | 標籤:

美國加州理工學院(California Institute of Technology,Caltech)天文學家Robert Quimby等人,發現一種新型的超新星,不僅非常明亮,而且顏色偏藍,是宇宙中目前已知最亮的超新星。天文學家們希望這種新型超新星的發現,能幫助天文學家更瞭解恆星的形成過程、遙遠星系的性質,或是早期宇宙究竟是什麼模樣。

除了發現4個剛爆發不久的超新星屬於這種超新星之外,Quimby等人還發現2個先前已知、但一直無法確定分類的超新星,其實也是屬於這種新型超新星。相關發現發表在2011年6月9日出刊的自然(Nature)期刊中。

當Quimby還是德州大學研究生時,他就已經發現當時已知最亮的超新星SN 2005ap,亮度相當於太陽的1000億倍,也比其他已知最亮的超新星還亮10倍以上。除了亮度超亮之外,這顆超新星還有點奇怪,例如它的光譜與所有其他超新星都不相同,而且光譜中完全沒有氫氣的訊息;氫元素在絕大部分的超新星中相當常見。透過光譜,天文學家可以了解恆星的組成成分、距離或甚至超新星爆炸時曾發生過什麼事,故光譜是天文學家用來研究天體的極佳工具之一。

在Quimby研究2005ap同時期,天文學家利用哈柏太空望遠鏡發現一個神秘的超新星SCP 06F6。這個超新星的光譜也很奇怪,不過沒有什麼跡象顯示這個超新星有任何與2005ap相似之處。

Caltech天文與行星科學系教授Shri Kulkarni邀請Quimby加入帕洛瑪瞬時事件研究計畫(Palomar Transient Factory,PTF),搜尋天空中出現的任何瞬時閃光事件;許多瞬時閃光事件是超新星造成的。Quimby等人利用帕洛瑪天文台1.2米的Samuel Oschin望遠鏡發現了4個新的超新星,分別為PTF09atu、PTF09cnd、PTF09cwl和PTF10cwr(右上圖由上至下,左為爆發前,右為爆發後)。之後又利用夏威夷10米凱克望遠鏡(Keck)、帕洛瑪5.1米望遠鏡和加納利群島(Canary Islands)4.1米的赫歇爾望遠鏡(William Herschel Telescope)取得這些超新星的光譜,結果發現這4個超新星的光譜訊號相當不尋常。

Quimby後來立刻想到:如果將之前研究的2005ap的光譜稍微位移,就會和這幾個超新星光譜很吻合。Quimby等人又趕緊將SCP 06F6的光譜拿來比對,結果發現也是如此。總結來說:這6個超新星的光譜有著相同型態,而且它們個光譜都很藍,換句話說:它們所發出的所有輻射中,最多的就是紫外輻射

Quimby表示:2005ap和SCP 06F6之前之所以看起來不一樣,是因為2005ap的距離約為30億光年遠,而SCP 06F6則在80億光年外。距離愈遠的超新星,會因宇宙膨脹之故,使其光譜朝紅光方向移動的位移量愈大;換言之,好像將光譜整個朝紅光方向平移一樣。而PTF發現的4個新的超新星距離剛好介在2005ap和SCP 06F6之間,恰好成為連結這2顆神秘超新星的重要線索,也讓這些天文學家瞭解到這是一種全新型態的超新星,與以往任何已知超新星都不同

這些天文學家從光譜知道這種超新星非常熱且非常明亮,溫度高達10,000~20,000K,膨脹速度非常快,高達每秒10,000公里,缺乏氫元素,衰退時間約為50天、比絕大部分超新星還長,但除此之外的其他細節都付之闕如,目前也沒有任何理論模型可以解釋這種新型超新星的來源

Quimby等人認為:或許這種新型超新星是質量高達90~130倍的脈動星(pulsating star)爆炸所造成的。由於脈動之故,所以恆星最外層原本充滿氫氣的大氣被吹走,最後當恆星核心燃料耗盡而發生超新星爆炸時,爆炸震波把已經缺乏氫氣的氣體殼層加熱到極高溫狀態,因而顯得特別明亮。

另一種可能成因則是:超新星爆炸後,核心部分遺留下的殘骸是所謂的「磁星(magnetar)」,這是一種自轉速度非常快、磁場非常強的緻密天體。但是在自轉過程中,隨星體自轉的強磁場,與星體向外發出的大量帶電粒子交互作用的結果,反而會讓它的自轉減速,因而釋放出大量能量。這些能量又將爆炸時向外拋出的物質加熱到極高溫狀態,成為所觀察到的異常超新星爆炸事件。

這些新發現的超新星大都位在所謂的矮星系(dwarf galaxies)中。矮星系一般僅含有數十億顆恆星,與我們銀河系擁有2000-4000億顆恆星相較之下,不僅規模小得多,而且顯得相當昏暗。而這幾顆超新星爆發時的亮度,比它們所在的宿主星系總亮度還亮100倍呢!因而照亮了超新星周圍的環境,就像是遙遠的明亮路燈可以照亮昏暗的街道一樣。如此一來,天文學家就可以利用這個「背景光」測量宿主星系中星際氣體的光譜,研究每個矮星系的組成成分。當數個月後超新星的亮度逐漸減暗後,天文學家再直接研究矮星系本身;如果沒有超新星的話,天文學家搞不好連這裡有個矮星系都不知道哩!

這些超新星可能顯示了古老恆星可能會有的樣子,因為它們很可能是質量達太陽100倍上下的高質量恆星所形成的;而這類高質量恆星可能與宇宙的的第一代恆星非常類似。

資料來源:http://media.caltech.edu/press_releases/13425, 2011.06.08, KLC

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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