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發現迄今最遠、最古老的超新星

2011/10/11 | | 標籤:

一組由以色列、日本和美國天文學家組成的研究團隊,利用日本位在夏威夷的昴望遠鏡(Subaru Telescope),進行迄今最大的超新星巡天工作,希望在距今100億年前的早期宇宙中,探知超新星爆發的頻率。

超新星已經成為天文物理學中不可或缺的重要工具,他們是天然的元素工廠,基本上,元素週期表中比氧還重的元素,幾乎都是經由超新星爆炸之前或爆炸當時的核融合反應過程產生的,然後拋擲到太空中,成為下一代恆星、或甚至像地球這樣的行星製作的材料,我們人體中骨骼中的鈣或血液中的鐵也都是超新星的產物。因此,若能瞭解超新星發生頻率隨時間改變的狀況,就能建立從大霹靂時製造的氫與氦元素開始直到今日為止的元素製造史。

雖然這些超新星都很亮,不過要在這麼遙遠的距離搜尋超新星,意味著這些超新星看起來非常昏暗而難以偵察。為了克服這個困難,這個團隊採用口徑8.2米、集光力很強的昴望遠鏡,加上視野比較廣的主焦點相機(Suprime-Cam),累積數晚的曝光時間,共取得4幅影像,完成所謂的「昴深空影像(Subaru Deep Field)」。昴深空影像涵蓋範圍約相當于滿月面積,每幅影像中都在超過150,000個星系中找到約40顆超新星。總計在這些資料中共發現約150個超新星,其中約有10個是目前已知最遠、最古老的超新星。

經分析後,顯示在約100億年前的年輕宇宙中,這些所謂的「熱核反應型(thermonuclear)」超新星發生的頻率是現今宇宙的5倍以上。熱核反應型超新星就是大家熟知的Ia型超新星,是現今宇宙鐵元素的最主要來源,此外,也因它們具有標準燭光的性質而成為天文學家測量遙遠天體的利器,並因此讓藉Ia型超新星而發現宇宙加速膨脹、宇宙中可能存有暗能量的天文學家獲得2011年的諾貝爾物理獎。不過,科學家對於熱核反應型超新星本身性質瞭解不多,對其爆炸之前的狀態或所處的恆星系統等,爭議頗多。因此,這個團隊認為或許可藉由分析超新星隨時間分佈的狀態,找到或許可解決此爭端的重要線索。

研究結果,這些天文學家認為Ia型超新星比較偏向是由白矮星雙星合併而引發的;如果這個研究結果為真,那麼Ia型超新星將失去作為標準燭光的資格,整個現代宇宙論又將改寫。不過,這個結論還不是十分確定,他們計畫在未來昴望遠鏡裝設更新一代的超主焦點相機(Hyper Suprime-Cam)後,能蒐集更多資料、找到更清楚的證據來證明他們個觀點。

相關論文發表在2011年10月發行的英國皇家天文學會月刊(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)中。

資料來源:The Most Distant and Ancient Supernovae in the Young Universe

轉載自台北天文館之網路天文網網站

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