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遠古時期的強力爆發可能解釋新一類超亮度超新星

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【新三才編譯首發】科學日報網2013年12月18日報導,隸屬於超新星遺跡調查 (SNLS) 的天文學家發現兩顆目前為止最亮和最遙遠的超新星:距離遠在 100 億光年之外,而且比正常的超新星還要亮一百倍。他們的研究結果刊登於 12 月 20 日天體物理學期刊。

這些新發現的超新星特別令人費解,因為一般的超新星形成機制—巨星塌陷成黑洞或中子星不能解釋其極端的亮度。此二顆在 2006 年和 2007 年發現的超新星是如此的不尋常,以致於天文學家們最初搞不清楚它們是什麼,也無法確定它們與地球的距離。
 
“一開始,我們根本不知道它們是什麼,它們是否為超新星?它們是位於我們的銀河系或是一個很遙遠的星系裡?” 此研究主要作者安德魯.豪厄爾說。他是拉斯昆布瑞天文臺全球望遠鏡網路 (LCOGT)的科學家,也是加州大學聖塔芭芭拉大學的兼職教師。”我將這個發現在一次會議上提出來,每個人都感到很迷惑。沒人猜到他們是遙遠的超新星,因為其所需的能源將大得令人難以置信。我們認為這不可能。

其中一個新發現的超新星,名為 SNLS-06D4eu,屬於一種新型態超新星-高光度超新星中距離最遙遠並且可能是最亮的一個。這些新發現的超新星隸屬於高光度超新星中的一個不含氫的子類別。

新的研究發現該超新星的能源可能來自於磁星-一種擁有超強磁場並且每秒鐘自轉數百次的中子星。磁星的質量和太陽差不多,但大小隻相當於一座城市,其磁場為地球的100萬億倍。自2009年開始數顆高光度超新星逐漸被發現,之後理論推測其能源來源可能為磁星。豪爾和他的同事們則是第一個將觀察結果和超新星形成理論匹配起來的團隊。

此研究的共同作者,加州大學伯克來分校和勞倫斯伯克利國家實驗室的丹尼爾.卡森,建立了一個模型來解釋僅比太陽稍大而且富含的碳和氧的恆星爆炸形成超新星的過程。恆星可能原本更大,但顯然其外層早在爆炸之前就脫離恆星表面,僅剩小小的一顆裸露的核心。

“這顆星最特別之處是其高速的旋轉。”卡森說。”當它走到生命的終點時,核心崩潰形成磁星。那巨大的旋轉能量將會以磁場的形態爆發釋放。

由SNLS — 一個利用加拿大-法國-夏威夷望遠鏡、超大望遠鏡 (VLT)、雙子星和凱克望遠鏡來研究數以千計的超新星的五年計畫 — 所發現的兩個超新星最初無法被正確的辨識出來,也不能確定其位置。後續透過智利的超大望遠鏡 (VLT)對其較暗的寄主星系進行的觀察,天文學家因此確定該超星新的距離和能量。不過後續經過數年的理論計算才弄清楚這種驚人的能量是如何產生的。

該超新星是如此遙遠,它在爆炸中發出的紫外線(UV)光在宇宙中穿越時受到宇宙膨脹的拉伸,其光波長經過紅位移(波長在增加)後成為地球上的我們眼睛和望遠鏡可以看得到的可見光。這可以解釋天文學家在觀測上一直被困擾的一個問題:他們從來沒有見過一顆擁有紫外光譜的超新星。高光度超新星溫度非常高,所以其輸出光的波峰落在光譜的紫外線區域,但因為紫外光無法穿透地球的大氣層,所以之前從來沒有完整的觀察過。因此這次給了天文學家們難得的機會去一瞥這些超新星的內部工作原理。

該超新星爆炸時宇宙年僅 40 億歲。”它早在太陽存在之前就發生了。”

這種高光度超新星很稀少,也許每10,000顆正常超新星裡才有一顆。他們似乎是主要出現在更為原始的星系中 — 它們含有的重於氫和氦的元素較少,並常見於早期的宇宙中。

“它們就像是超新星世界裡的恐龍,”豪厄爾說。”在今天它們早已絕種,但在早期宇宙中很常見。幸運的是我們可以使用望遠鏡接收它們很久以前發射出的”化石光線” ,回到過去的時光來研究它們。現在和未來的搜尋計畫裡,我們希望能找到更多這類的超新星。”

(新三才首發,轉載請註明新三才)
(責任編輯: 張弘)

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