克卜勒超新星的威力超乎預期?

2012/09/17 | | 標籤:

1604年,夜空出現一顆新星,比木星亮許多,數個星期之後才逐漸變暗。這個SN 1604超新星爆炸事件,被包括著名天文學家克卜勒(Johannes Kepler)在內的許多觀星者目睹並予以記錄。故數個世紀之後,來自這顆爆炸恆星的殘骸,被暱稱為「克卜勒超新星殘骸(Kepler supernova remnant)」,另一編號為蛇夫座V843變星(V 843 Ophiuchi)。

發現至今,天文學家長久研究克卜勒超新星殘骸,並試圖找出當超新爆炸時,到底發生了什麼事。利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)資料所做的最新分析顯示:這顆超新星爆炸的威力遠大於先前估計,但由於其真實距離比較原本預期的遠,才讓天文學家低估了它的爆炸威力。

上圖是錢卓累積了8天多的觀測結果,紅、黃、綠、藍和紫,代表從低到高的不同X射線能量。將這些X射線觀測結果和數位巡天計畫(Digitized Sky Survey)的可見光觀測結果(淺黃和藍色)結合後,可將背景星野也顯現出來。

先前利用錢卓影像分析顯示克卜勒超新星屬於所謂的Ia型超新星(Type Ia supernova),為雙星系統裡的白矮星子星,從伴星處掠奪質量,或與另一顆白矮星子星合併,當質量超過1.4倍太陽質量時將導致它不穩定而驟然發生熱核爆炸。

和其他較著名的Ia型超新星及其殘骸不同,克卜勒超新星殘骸的形狀強烈受到它所衝入的環境影響。絕大部分Ia型超新星殘骸都非常對稱,但克卜勒超新星殘骸並不對稱,在其北側區域有個明亮的X射線光弧。這表示超新星爆炸後,其殘骸向外擴張的過程中,被這顆已死亡恆星周圍的氣體和塵埃阻擋限制。

這到明亮的X射線光弧有兩種解釋方式。其中一種理論模型認為:超新星爆發之前的恆星及其伴星在星際氣體之間移動,使得它們以明顯可見的速率喪失質量,因而產生一個所謂的弓狀震波(bow shock wave),類似在水中移動的船隻前方所出現的密集水波。另一個理論認為X射線光弧是爆炸殘骸向外擴張時,進入一個密度逐漸增加的星際雲氣所致。

其中弓狀震波理論推測克卜勒超新星殘骸距離地球遠於23,000光年;而星際雲氣密度漸增的理論則認為這個超新星殘骸的距離約在16,000到20,000光年之間。兩種理論所推定的距離,都比先前認定的13,000光年還遠得多。

無論上述哪種理論,X射線光譜(X-ray spectrum)—即不同能量等級的X射線量—都呈現出有大量鐵元素出現,顯現它的爆炸威力超過一般Ia型超新星的平均威力。此外,為了解釋理論模型中的X射線光譜,恆星爆炸之前,其周圍必須就已經先清空而形成一個小空腔;這個小空腔的直徑僅有現在超新星爆炸殘骸的1/10,可能是白矮星爆炸之前,來自白矮星表面快速且稠密的物質流向外衝出的結果。某些Ia型超新星理論也曾預測過會出現這種因物質流而形成空腔的狀況。

錢卓和其他可見光望遠鏡之前也曾觀測到另一個威力比預期還強的Ia型超新星。這個研究是採用回光(light echo)觀測而得;回光是爆炸時所發出的光,被周圍氣體雲陸續反射的現象。這個特別的Ia型超新星位在16萬光年遠的大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud)中,因此比克卜勒超新星遠得多,當然也更難以研究。

資料來源:Kepler’s Supernova Remnant: Was Kepler’s Supernova Unusually Powerful? NASA

轉載自 網路天文館


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