超新星仙后座A爆炸 NASA解密 + 第谷超新星大爆炸 冲击波点亮百年前恒星残余物

[peter]

http://space.kexue.com/2014/0224/37728.html
第谷超新星大爆炸 冲击波点亮百年前恒星残余物



近日天文学家在研究一个著名的恒星爆炸残余物时发现了一种极度快的冲击波，它以光速1000倍的速率朝内高速猛冲，点亮了强大的宇宙爆炸的剩余部分。

　　当恒星到达生命末期，它会以超新星的形式爆炸，产生的巨大光亮让整个星系相形见绌。一般来说，这种爆炸会在几周或者几个月之后逐渐消失，但这些爆炸事件残余物质会持续发光几十万年。科学家们现在观察到一个可怕的向内猛冲的冲击波，使得这些恒星残骸能够持续发光。

　　这种所谓的反向冲击波以马赫1000的速率，也就是音速的1000倍的速率前进，加热了超新星SN1572的残余物，并导致它释放X射线光，研究人员这样说道。

　　“没有反向冲击波的点亮，我们根本无法研究古代超新星残余物，”研究首席作者、美国马萨诸塞州剑桥哈佛-史密森尼天体物理中心的山口广谷（Hiroya Yamaguchi）这样说道。SN1572，也被称为第谷超新星，是1572年11月以明亮爆炸形式爆发的恒星。这颗超新星以丹麦天文学家第谷-布拉赫（Tycho Brahe）为名，后者对这颗位于10000光年远仙后座的超新星进行了广泛的研究。

　　第谷超新星的火焰是如此明亮以至于肉眼都可见，天空中“新恒星”的出现让当时的人们感到困惑不已，他们认为天空是恒定不变的。在最明亮时，这颗超新星的亮度和金星不相上下，这场爆炸持续可见了15个月，随后逐渐消失了。

　　第谷超新星是Ia型超新星，后者发生于紧密双星系统里的一颗白矮星不断吸积伴星的物质直到核反应的点燃。产生的摧毁性爆炸以1770万千米每小时的速度向太空喷射出元素，例如硅和铁，研究人员这样说道。

　　随着这些驱逐的物质撞击周围的星际气体，它创造了冲击波，后者的功能类似于宇宙音爆。据研究人员表示，这种冲击波目前仍在扩张，以音速的300倍不断向外膨胀。这些动态性也激发了以马赫1000的速率向内行驶的反向冲击波。

　　这种超快的反向冲击波加热了之前恒星烧毁外壳里的气体，导致它们发光。这个过程类似于荧光灯泡的工作原理，只不过超新星的残余光是以X射线发光，而非可见光，研究人员解释道。第谷超新星的冲击波帮助了天文学家研究这个发生于几百年前的著名宇宙爆炸的残余物，“多亏了反向冲击波，第谷超新星才不断在发光。”研究合作作者、哈佛-史密森尼天体物理中心的兰德尔-史密斯(Randall Smith)这样说道。研究人员将继续在其它超新星残余物里寻找相似的反向冲击波的迹象。

[peter]

http://www.astronomy.com/news/2014/02/nustar-untangles-mystery-of-how-stars-explode

 


http://anntw.com/articles/20140221-eKi6
超新星仙后座A爆炸 NASA解密
恆星有如核子爐，在核心不斷進行氫融合成氦的工作，也就是核融合。若恆星質量在太陽8倍以上，當核心的氫燃料用盡時，恆星會開始向內收縮，如此一來，核心溫度會迅速升高，並製造出重元素如鈦、鐵、鈷和鎳等。在塌縮的過程中，恆星有可能會化成中子星或黑洞，也有可能因猛烈收縮導致反彈，將重元素拋出太空，形成超新星爆炸。

仙后座（Cassiopeia）A是銀河系中目前已知最年輕的超新星爆炸遺跡，距地球約11000光年，於西元1671年首度現身於夜空。過去人類無數次使用各種光學、紅外線或X射線望遠鏡拍攝仙后座A，但僅觀測到爆炸後恆星向外拋散，在激波中與周遭氣體、塵埃撞擊並燃燒發光的過程。

透過NuSTAR這次拍出的影像，科學家證實，在收縮過程中，核心會生成放射性同位素鈦44，而鈦44會向外輻射出大量的高能量X射線，將核心外層氣體以每秒50萬公里的速度吹散，形成一般認知中的超新星爆炸。NuSTAR則拍下人類史上第一組輻射圖像。

加州理工學院研究員哈莉森解釋說，由新拍下的影像推斷，內部區域的「攪動」（slosh）使原本停滯的激波再度活躍起來，進而導致核心產生扭曲，引發爆炸。

發表研究的加州理工學院教授葛瑞芬史戴特說，過去科學家很難推論仙后座A內部發生了什麼事，但NuSTAR清楚照出了鈦44放出的輻射，天文學家就能更清楚看見爆炸核心內部的狀況。加州柏克萊大學物理系主任柏格斯則說，這些影像對於超新星核爆炸理論研究的進展有相當助益。

不過，這批新影像也引發了科學家對部分理論的疑問。在以往的理論中，科學家根據核心內部鐵原子的分布狀況，認為超新星爆炸是一個「均質」的過程，意即向外拋散的力量在每個方向上都是相同的，但新影像中鈦原子與鐵原子的分布狀況卻是相異的，代表爆炸的過程可能是「不對稱」而混亂的。

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放射性鈦衰變激發超新星殘骸發光
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=913

[peter]

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1199

　天文學家有很多懸宕了很久的未解之謎，其中之一就是超新星究竟是怎麼爆炸的。在美國航太總署（NASA）的NuSTAR（Nuclear Spectroscopic Telescope Array）衛星的協助下，或許天文學家最終可以解開這個謎題。美國加州理工學院（Caltech）Brian Grefenstette和Fiona Harrison等天文學家利用NuSTAR觀測仙后座A（Cassiopeia A，Cas A）超新星殘骸內的放射性物質，從這些放射性物質的分佈狀況，可以呈現爆炸時震波如何經由攪動、向外潑濺等方式來撕碎這顆恆星的過程。

　　恆星基本上是氣體球，在生命終點、發生爆炸時，如果沒有外力影響，按理來說應該是猛力但均勻的向外膨脹。但從NuSTAR新觀測資料來看，爆炸當時的核心部分卻是扭曲的，可能是因為爆炸前的恆星內部區域被攪得一團亂，沒辦法均勻的向外膨脹。

　　超新星到底如何爆炸的，一直以來，無解。當學者利用電腦模擬大質量恆星死亡並塌縮而引發爆炸情景，主要的震波往往會「熄火」，恆星當然也沒被炸碎。不過，超新星殘骸被震波加熱而發出的光主要落在X射線波段，以往的觀測方式因而受限於X射線波段，無法全面性地正確瞭解超新星爆炸時到底發生什麼事；現在藉助NuSTAR的幫助，可以直接觀察放射性物質，無論這些放射性物質發出的光在不在X射線波段都沒關係，因而能得到比較全面的超新星爆炸時核心的訊息。

　　NuSTAR的觀測結果，可以讓天文學家們在噴流論（jet）和攪亂論（Sloshing）之間做抉擇。Grefenstette等人的分析結果傾向攪亂論，如果正確，那麼在爆炸前，則被延遲的主震波會被重新賦予能量，使恆星能順利的將外層大氣炸開。

　　仙后座A位在仙后座方向，距離地球約11,000光年，是大質量恆星演化到末期發生超新星爆炸的結果，爆炸後遺留下一顆緻密殘骸和向外拋射的爆炸殘渣。爆炸時產生的光在約350年前抵達地球，地球上的人們才得知這個爆炸的訊息，並得以研究這個年輕而新鮮的恆星殘骸。

　　右上圖顯示的仙后座A影像，其中NuSTAR偵測到的是放射性物質發出的高能X射線（68~78 keV），以藍色標示；而低能X射線輻射（1~7 keV）則是錢卓X射線觀測衛星的觀測結果，主要來自非放射性物質，以紅（主要為被加熱的鐵元素發出的X射線）、黃（連續X射線輻射）、綠色（主要為被加熱的矽和鎂元素發出的X射線）標示。

　　NuSTAR從放射性元素來瞭解超新星殘骸，在仙后座A的這個案例中，主要使用的是鈦-44（titanium-44），這不穩定的原子核主要是在爆炸恆星的核心部分產生。NuSTAR偵測到仙后A的鈦-44分佈狀況，顯示鈦-44在超新星殘骸的核心聚集成一團團的，這意味著是經過攪亂的過程才會如此。而從錢卓資料可見，鐵之類的重元素是被爆炸震波加熱而發出X射線，它們的所在位置比鈦-44遠得多。
　　
　　至於超新星爆炸的另一理論—噴流論，認為在大質量恆星死亡並發生超新星爆炸之前，恆星的自轉速度非常快，形成多細窄的氣體噴流，進而驅使恆星爆炸。雖然先前曾在仙后A周圍發現噴流的痕跡，但並不確定是否是這些噴流觸發了恆星爆炸。然而從NuSTAR的放射性元素分佈圖，鈦元素分佈區域與細窄噴流所在區域並不相符，顯然爆發並不是噴流觸發的，因此可以排除並否決了噴流論的正確性。