2019-01-22 07:46:01
爆炸恒星冲击波中的原子有多热

在恒星爆炸性死亡期间测量原子温度的新方法将有助于科学家了解由于这种超新星爆炸而发生的冲击波。一个国际研究团队,包括宾夕法尼亚州立大学的科学家,结合了附近超新星遗迹的观测结果 - 恒星爆炸后剩余的结构 - 模拟,以测量恒星周围缓慢移动的气体原子的温度。爆炸向外推进的物质。

研究小组利用美国宇航局的钱德拉X射线天文台分析了附近超新星遗迹SN1987A的长期观测,并创建了一个描述超新星的模型。研究小组证实,即使是最重的原子 - 即尚未研究过的 - 的温度与其原子量有关,回答了一个关于冲击波的长期问题,并提供了有关其物理过程的重要信息。描述结果的论文将于2019年1月21日刊登在Nature Astronomy杂志上。

“超新星爆炸及其残余提供了宇宙实验室,使我们能够探索在地球上无法复制的极端条件下的物理学,”宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授,该论文的作者David Burrows说。 “现代天文望远镜和仪器,无论是地基还是太空,都让我们对银河系和附近星系中的超新星遗迹进行了详细的研究。我们使用美国宇航局的钱德拉X射线天文台定期观测超新星残存SN1987A,自1999年Chandra推出后不久,世界上最好的X射线望远镜,并使用模拟来回答有关冲击波的长期问题。

像SN1987A这样的大质量恒星的爆炸性死亡以高达光速的十分之一的速度向外推进物质,将冲击波推入周围的星际气体中。研究人员对冲击前沿,超音速爆炸与恒星周围相对缓慢移动的气体之间的突然过渡特别感兴趣。震动前沿将这种冷却缓慢移动的气体加热到数百万度 - 足够高的气温,使气体能够发射出地球可探测到的X射线。

“这种转变类似于厨房水槽中观察到的过渡,当高速水流冲到水槽盆地时,向外流畅地向外流动,直到它突然跳起并变得紊乱,”Burrows说。 “冲击锋在地球大气层中得到了广泛的研究,它们发生在极其狭窄的区域。但在太空中,冲击过渡是渐进的,可能不会以同样的方式影响所有元素的原子。”

由意大利巴勒莫大学的Marco Miceli和Salvatore Orlando领导的研究小组测量了冲击前沿背后不同元素的温度,这将提高对冲击过程物理学的理解。预计这些温度与元素的原子量成正比,但温度难以准确测量。以前的研究导致了这种关系的相互矛盾的结果,并且未能包括具有高原子量的重元素。研究小组转向超新星SN1987A来帮助解决这一难题。

超新星SN1987A位于附近的大麦哲伦星座,是自1604年开普勒超新星以来肉眼可见的第一颗超新星。它也是第一个用现代天文仪器详细研究的超新星。 1987年2月23日,它的爆炸光首先到达地球,从那时起,它已经在所有波长的光线下观察到,从无线电波到X射线和伽马波。研究小组利用这些观察结果建立了描述超新星的模型。

SN1987A的模型通常侧重于单个观测,但在本研究中,研究人员使用三维数值模拟来结合超新星从其发生到当前时代的演化。 X射线观测和模型的比较使研究人员能够准确测量具有各种原子量的不同元素的原子温度,并确认预测星际气体中每种原子所达到的温度的关系。

“我们现在可以准确地测量像硅和铁一样重的元素的温度,并且已经表明它们确实遵循了每种元素的温度与该元素的原子量成比例的关系,”Burrows说。 “这一结果解决了天体物理冲击波理解中的一个重要问题,并提高了我们对冲击过程的理解。”

猜您喜欢的其它内容