高能所在Ia型超新星爆发合作研究中取得重要成果

2011-4-28 13:31 来源: 中国科学院
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  4月26日,美国钱德拉(Chandra)X射线天文台科学中心以“美国航空航天局的钱德拉X射线天文台发现超新星起源的新证据”(NASA"s Chandra Finds New Evidence on Origin of Supernovas)为题发布新闻,报道了中科院高能物理研究所与美国麻省大学等单位合作,利用美国钱德拉X射线天文台观测数据完成的一项有关Ia型超新星爆发的研究成果。

  Ia型超新星是一类特别的天体,具有一致的峰值光度,被作为标准烛光广泛应用于宇宙学距离测定之中,对Ia型超新星的观测直接导致了宇宙加速膨胀和暗物质的发现。但是,Ia型超新星的前身星性质和爆发机制仍不清楚。目前主要的Ia型超新星爆发模型有两类,即单简併模型和双简併模型。在单简併模型中,一颗白矮星(简併星)和一个正常恒星组成双星系统,白矮星从正常恒星吸积物质,超过白矮星的质量上限(1.4倍太阳质量),发生塌缩和热核聚变,导致超新星爆发,而正常恒星则会存活下来。双简併模型则是两颗白矮星并合,发生超新星爆发,不再有星体遗存。由于在单简併模型中,白矮星爆发时的质量在1.4倍太阳质量附近,可以很好地解释Ia超新星爆发时相同的峰值光度,因此是最广为接受的Ia超新星模型。但是,观测方面的证据还非常缺乏,人们更不清楚在Ia超新星爆发之前双星系统的参数和物理状态。

  公元1572年,丹麦著名天文学家第谷(Tycho Brahe)观测到一颗超新星爆发,多方面的研究表明,这是一颗典型的Ia型超新星。高能所卢方军与美国麻省大学天文系王青德(Q. Daniel Wang)等人合作,通过分析Chandra X射线天文台对第谷超新星遗迹的观测数据,发现在该遗迹中存在一个特别的X射线圆弧(见图1),经过与其他波段观测结果的比较分析,他们认为该圆弧很可能起源于超新星爆发的过程中被爆炸抛射物剥离的伴星外层大气。在圆弧以外,还存在一个白矮星爆炸抛射物缺失的区域,正好对应着伴星对爆炸抛射物的阻挡和减速。以上图像曾被众多有关Ia型超新星的理论和数值模拟研究所预言,但这是首个观测证据。

  根据X射线圆弧的位置,以及早先人们对伴星候选体的观测,卢方军等进一步推导出第谷超新星前身星的双星轨道周期约5天、半径约1千万公里,伴星在爆发中被剥离了约千分之二个太阳质量的外层大气,同时伴星本体获得了约40公里/秒的加速。图2给出了超新星前身星系统及爆炸后伴星和被剥离外层大气的运动示意图。

  此项成果将发表在5月1日出版的美国《天体物理学杂志》上。

图1: 第谷超新星遗迹的X射线辐射合成图像,其中蓝色为高能量的非热X射线辐射,代表着超新星爆发与周围物质的相互作用区。黄绿色的是高温的爆炸抛射物发出的热辐射。

图2:第谷超新星的前身星系统及爆发后伴星本体和被剥离外层大气的运动