科學家預測:消逝超新星將於16年後重現

文/蕭路

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【大紀元2021年09月15日訊】天象變化難以預測。在太陽系以內,天文學家可以通過一些觀測和計算預言少數天體的運行規律,例如即將到來的月食和日食的時間以及一些彗星的軌道。然而在太陽系以外,這幾乎不可能。

不過有一顆遙遠的超新星,它的重現卻被科學家準確預測。

這顆被稱為安魂曲(Requiem)的超新星,其爆炸圖像於2016年的哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)的觀測數據中被發現。和大多數超新星不同的是,它是透過引力透鏡形成的爆炸圖像,因此它展現了三幅爆炸圖像。

引力透鏡一般是由於質量巨大的星系或星系團的引力造成的。在大質量星系團的作用下,周圍的時空發生扭曲,造成光線發生偏折。這種效果類似於玻璃透鏡彎曲光線以放大遠處物體的圖像。

引力透鏡現象由愛因斯坦首先提出。這種現象使得大質量星系團就像一個宇宙中的變焦鏡頭一樣,可以扭曲和放大來自其後方的天體的光芒。

2016年觀測到的三個安魂曲超新星圖像表現為哈勃照片中的三個小點,代表了超新星爆炸餘波的光。這些圓點的亮度和顏色各不相同,表示隨著時間的推移,爆炸逐漸消退的三個不同階段。

現在,一組天文學家預言,在 2037 年左右將會出現這顆超新星的第四個爆炸圖像。雖然這次重播將不可見用肉眼來看,未來的一些望遠鏡應該能夠發現它。

「這一新發現是多次成像超新星的第三個例子,我們實際上可以測量到達時間的延遲。」 論文第一作者、南卡羅來納大學的史蒂夫·羅德尼(Steve Rodney)教授解釋說,「它是這三個中距離最遠的一個,預計的延遲時間特別長。我們將能夠在2037年附近看到最後的一次爆炸圖像。」

產生引力透鏡效應的星系團,編號為 MACS J0138.0-2155 ,距離地球大約40億年。根據安魂曲超新星宿主星系的距離,爆炸的光估計花了100億年的時間才到達地球。

研究團隊對超新星重現的預測基於星系團的計算機模型。該模型描述了超新星光穿過星系群中暗物質的各種路徑。

「每當光線靠近一個大質量的天體,比如星系或星系團時,愛因斯坦的廣義相對論提到的時空扭曲就會延遲光圍繞該質量的傳播,」羅德尼說。

他將超新星的各種光路比作幾列同時離開車站的火車,所有火車都以相同的速度行駛並開往相同的位置。然而,每列火車走不同的路線,每條路線的距離也不相同。由於列車在不同地形上行駛的軌道長度不同,因此它們不會同時到達目的地。

此外,預計在 2037 年出現的引力透鏡超新星圖像落後於安魂曲超新星的其它圖像,因為這部分光線直接穿過星系團中央,那裡是暗物質密度最大的地方。星系團的巨大質量使光線彎曲,產生了更長的時間延遲。

「這是最後一趟到達,因為這就像火車必須深入山谷,然後再爬回來。這是最慢的光之旅,」羅德尼解釋說。

這些引力透鏡超新星圖像是由論文合作者、丹麥哥本哈根大學的加布·布拉默(Gabe Brammer)教授於 2019 年發現的。2016 年數據中的一個微小紅色物體引起了他的注意,他最初認為這是一個遙遠的星系。但它在2019年的圖像中消失了。

「但是,在進一步檢查2016年的數據時,我注意到實際上有三個放大的天體,兩個紅色和一個紫色,」布拉默解釋道,「這三個天體中的每一個都與一個遙遠的大質量星系的引力透鏡圖像配對。它立即向我暗示它不是一個遙遠的星系,而是這個系統中的一個瞬態源,在2019年的圖像中變暗消失了。」

布拉默與羅德尼合作,對該系統進行了進一步分析。引力透鏡的超新星圖像圍繞星團核心排列成弧形。它們以小點的形式出現在塗抹的橙色特徵附近,這些特徵被認為是超新星宿主星系的放大快照。

研究合作者、法國里昂大學的約翰·理查德(Johan Richard)製作了一張星團中暗物質的分布圖,這是從它產生的引力透鏡推斷出來的。該分布圖顯示了引力透鏡成像的預測位置。

捕捉超新星爆炸重演將有助於天文學家測量所有四張超新星圖像之間的時間延遲,這將為光線通過的扭曲空間提供線索。有了這些測量結果,研究人員就可以微調星團質量分布的模型。

繪製大質量星系團的精確暗物質圖是天文學家測量宇宙膨脹率和研究暗能量本質的另一種方式。而暗能量是一種神祕的能量形式,可以對抗重力並導致宇宙以更快的速度膨脹。

「這些長時間的延遲特別有價值,因為如果你耐心等待幾年,在這種情況下是十多年,你可以獲得對時間延遲的良好、精確測量,」羅德尼說,「這是一條完全獨立的計算宇宙膨脹率的路徑。未來的真正價值將是使用更大的樣本來提高精度。」

未來的望遠鏡,如美國航天局(NASA)的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Telescope),也可以在爆炸的其它時期探測到來自安魂曲的光。

這項新結果於 9 月 13 日發表在《自然天文學》雜誌上。

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責任編輯:林妍#◇

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