恐怖一幕 哈勃望遠鏡觀測恆星爆炸解體全過程

文/蕭路

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【大紀元2021年10月29日訊】在即將到來的萬聖節前,天文學家看到了宇宙空間中的恐怖一幕:一顆恆星正在爆炸解體。

美國航天局(NASA)的哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)以及數個其它望遠鏡首次一起見證了這顆恆星災難性死亡的全過程,為天文學家提供了前所未有的恆星衰亡過程信息。

「我們過去常常談論超新星的觀測,我們就像是犯罪現場調查員一樣,我們會在事後出現並試圖弄清楚那顆恆星發生了什麼。」論文主要作者之一、美國加州大學聖克魯斯分校(University of California at Santa Cruz)的瑞安·弗利(Ryan Foley)在一份聲明中解釋說,「這次不一樣,因為我們真的知道發生了什麼,而且我們實際上實時看到了(恆星的)死亡。」

這顆編號為SN 2020fqv的超新星在處女座方位,距離地球約6000萬光年,位於蝴蝶星系中。它於2020年4月由位於加州聖地亞哥的帕洛瑪天文台(Palomar Observatory)的Zwicky瞬變設施發現的。同時,凌日系外行星勘測衛星(TESS)也在同時觀測這顆超新星。天文學家於是很快就用哈勃望遠鏡和一套地面望遠鏡去觀測這顆超新星。

這些望遠鏡共同提供了恆星最早期毀滅階段的首個整體觀測。哈勃在爆炸後僅僅幾個小時就探測到離恆星非常近的物質,稱為星周物質。這種物質在恆星生命的最後一年被吹出來。這些觀測使天文學家能夠了解這顆恆星在死亡之前發生了什麼。

「我們很少去檢查這種非常接近的星周物質,因為它只在很短的時間內可見,而且我們通常至少在爆炸後幾天才開始觀察超新星。」論文主要作者之一、加州理工學院的研究生薩馬彭·汀亞農(Samaporn Tinyanont)在上述聲明中解釋說,「對於這顆超新星,我們能夠用哈勃進行超快速觀測,對爆炸恆星旁邊的區域進行前所未有的分析。」

研究團隊研究了哈勃對這顆恆星追溯到1990年代的觀測結果。TESS在爆炸前幾天開始每30分鐘提供一次恆星的圖像,直到爆炸結束後數週。在天文學家首次探測到爆炸後僅幾個小時,哈勃就再次被使用。通過哈勃觀測到的星周物質,科學家們了解了過去十年恆星周圍發生的事情。通過結合所有這些信息,該團隊能夠對這位明星的最後幾年進行數十年的觀察。

「現在我們有了關於這顆恆星在死亡前幾年、死亡期間以及之後發生的事情的完整故事。」弗利說,「這真的是像這樣的恆星在最後時刻以及它們如何爆炸的最詳細的視圖。」

汀亞農和弗利將SN 2020fqv稱為「超新星的羅塞塔石碑」。古老的羅塞塔石碑用三種不同的文字刻有相同的文字,幫助專家學習閱讀埃及像形文字。

在這顆超新星的數據分析中,科學團隊使用了三種不同的方法來確定爆炸恆星的質量。其中包括將超新星的性質和演化與理論模型進行比較;使用1997年哈勃望遠鏡檔案中的信息來排除更高質量的恆星;並使用觀測直接測量超新星中的氧氣含量,從而探測恆星的質量。結果都是一致的:爆炸的恆星質量大約是太陽質量的14到15倍。準確確定在超新星中爆炸的恆星質量對於了解大質量恆星如何生存和死亡至關重要。

「人們經常使用『羅塞塔石碑』這個詞。但這是我們第一次能夠用這三種不同的方法來驗證一顆超新星的質量,而且它們都是一致的。」 汀亞農說,「現在我們可以推進使用這些不同的方法並將它們結合起來。因為還有很多其它超新星,我們只能用一種方法獲得其質量,但另一種方法則做不到。」

哈勃的數據,再加上來自太空和地面望遠鏡對這顆註定要滅亡的恆星的其它觀測,可能會為天文學家提供一個預警系統,用於其它瀕臨爆炸的恆星。

在恆星爆炸之前的幾年裡,它們往往變得更加活躍。一些天文學家指出紅超巨星參宿四,它最近噴出了大量物質,他們想知道這顆恆星是否會很快變成超新星。雖然弗利懷疑參宿四不一定會立即爆炸,但確實認為我們應該認真對待這種恆星爆發。

「這可能是一個警告。」弗利說,「所以,如果你看到一顆恆星開始搖晃,開始行動,那麼也許我們應該更多關注並真正嘗試在它爆炸之前了解那裡發生了什麼。隨著我們發現越來越多的這類超新星,我們將能夠更好的了解恆星生命的最後幾年發生的事情。」

這項新觀測的 論文 發表在10月26日的《皇家天文學會月刊》上。

責任編輯:林妍#◇

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