天文學家首次拍到超新星殘餘體的「初生照片」(圖)

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【明慧網二零零二年六月十八日】(明慧記者編譯)正如很多父母興奮地分享他們新生兒的第一個微笑和第一次走路的照片,一個由跨國天文學家組成的國際合作小組正在展示他們首次拍攝到的初生超新星殘餘體的早期發展的照片。這些照片於本週二(2004年6月4日)在新墨西哥州艾爾伯丘卡(Albuquerque)市舉行的美國天文學學會第200屆年會上公布於眾。這些照片第一次記錄了「熱點」的出現和運動,這些「熱點」位於由爆炸星體產生的碎片與其周圍氣雲發生碰撞的地方。

照片中的「小寶貝」是超新星1987A的殘餘物,超新星1987A為1987年2月發現的恆星爆炸。這些圖片證實了一般的理論預計,同時也提供了一些意想不到的地方:一個死星噴出的宇宙「煙環」被一個速度高達每小時數以百萬英里計的巨大的震波所湮沒。

超新星是這樣產生的:當一個龐大的恆星自發崩潰的時候,巨大的爆炸將恆星的外層,也稱噴出物射出,其亮度之強可使一個由幾十億個星球組成的銀河系頓時黯然失色。但是恆星爆炸本身遠非是故事的結束。噴出物以每小時數百萬英里的速度移動,撞擊其周圍的星際星雲,將他們加熱至幾百萬度。當這些星雲冷卻時,可以產生壯觀的X-光線,無線電波,以及可見光,通稱為「超新星殘餘」。遺憾的是,超新星相當罕見,而且所有靠近(地球)的超新星殘餘生成於多個世紀之前。他們爆炸時產生的能量和碎片大部份已被星際星雲吸收和沖淡。從超新星到超新星殘餘的轉變細節從未被觀測到過。

對超新星1987A的觀測使情況發生了改變。作為近四個世紀以來(距地球)最近和最明亮的超新星,它是人類了解得最詳細的超新星。超新星1987A產生於大麥哲倫雲,一個繞我們地球的銀河系運轉的小星系。它距地球約有16萬光年,位於劍魚星座的南面。

圍繞超新星1987A的有三個耀眼的星際氣體星雲,這些星雲是行將死亡的恆星在爆炸前2萬年時排出的(見圖1)。觀測結果顯示,這些星雲呈平面環形,因為與我們的視角呈45度傾斜的緣故,看起來呈橢圓形。這些星雲由於恆星爆炸時產生的大量紫外線而顯得非常明亮,隨後其亮度逐漸變暗。


圖1. 1994-1995年哈柏太空望遠(HST)拍攝到的超新星1987A虛擬彩圖

雖然按照宇宙的標準超新星1987A離我們已經很「近」了,對超新星殘餘的研究仍然非常困難。從地球上看超新星殘餘內環的大小就如同從兩英里外看一個25美分硬幣一般。只有哈柏太空望遠鏡(HST) 以及最先進的地面天文望遠鏡才能夠檢測到該超新星體系的詳細演化過程。

當恆星爆發時,它的噴出物以每小時5千萬英里的速度向外噴射。天文學家預計這噴出物最先將與星際氣體星雲的最內層相撞擊,由此產生巨大的衝擊波,並產生幾百萬度的高溫。證據來自1997年哈柏太空望遠鏡拍攝到的可見光圖象,即位於內環的一個耀眼「熱點」。使用高敏感度的數據處理技術,天文學家認為第一個熱點在兩年前還比較微弱,由此以可見光波長為單位,超新星殘餘1987A的「生日」為1995年3月。

天文學家最初認為第一個出現的「熱點」標誌著全面撞擊的開始,他們預期這第一個「熱點」會向外擴散並快速照亮整個恆星內環。但在隨後的兩年裏,第一個「熱點」仍只是一個點,沒有觀測到新「熱點」,天文學家由此猜測大規模的撞擊還沒有發生。

一位哥倫比亞大學的博士生本.蘇格曼(Ben Sugerman)代表「超新星特別觀測」國際合作小組,在本年度美國天文學學會會議上彙報說撞擊已經發生了。蘇格曼和他的合作伙伴還在最新的《天文物理學報》(2002年6月10日刊)上發表了他們的論文。

根據哈柏太空望遠鏡(HST)新的觀測結果,從1999年初開始,新的「熱點」在恆星內環四週的不同位置出現,1999年有6個,2000年增加了6個,2001年底又多了4個。持續性的單個「熱點」出現,而不是呈向外擴展的亮弧的特點說明,「熱點」是在恆星噴出物作用下,在肉眼看上去是一團一團的內環上呈尖尖的,向內突起狀分布。豪夫斯達(Hofstra)大學的史蒂夫.勞倫斯(Stephen Lawrence)博士對此解釋說,「這些突起物先受到撞擊,就像沿海城市的碼頭在巨浪抵達岸邊之前首先被巨浪摧毀一樣。」

「熱點一個接一個地出現,就像一個嬰兒掉下第一顆乳牙一樣」,哥倫比亞大學的艾林.克勞茲(Arlin Crotts)博士描述說,「令人驚奇的是,這些熱點並沒有按正常的或可預測的規律出現,他們仍然沒有擴散成明顯的環形」。

現在,「熱點」幾乎已經布滿了整個內環。勞倫斯補充道:「噴出物的巨大衝擊波已經快撞到內環的邊緣,接下來就會看到真正的精彩場面,所有受撞擊的,炙熱的星際氣體星雲騰空而起,像燄火一樣。(新熱點的出現如圖2所示,圖3的動畫更加生動。)


圖2. 哈柏太空望遠 (HST)1997年(左),2002年(右)拍攝到的超新星1987A 虛擬彩圖,顯示熱點活動的劇烈增加。


圖3. 動畫顯示1999年1月至2002年5月熱點活動急劇增加。
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