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紫金山天文台发现围绕第谷超新星遗迹的巨大空腔
2017年05月05日

  Type Ia型超新星被用做宇宙的“标准烛光”。基于Ia型超新星的观测,天文学家揭示了宇宙的加速膨胀。然而,Ia型超新星的前身星一直没有获得观测上的证认。目前国际上有两类主流的前身星理论模型:(1)单简并模型-白矮星吸积周围伴星(主序星或红巨星)的物质,达到Chandrasekhar质量上限后发生热核反应(即超新星爆炸);(2)双简并模型-处于双星系统中的两颗白矮星并合而后发生热核反应。这两大类前身星模型一直处于激烈的争论之中,由此带来的“前身星难题”是超新星研究领域的一个重要科学问题。

  理论研究预测,单简并模型中的白矮星在吸积物质的同时会驱动星风,而持久的星风会在白矮星周围的星际介质中“吹出”一个巨大的空腔(半径10-30pc);但在双简并模型中,没有此类星风及空腔。因此,观测Ia型超新星遗迹并在其周围搜寻巨型空腔将是十分有效的判别其前身星的方法。以此为目标,紫台科研人员利用青海德令哈13.7米毫米波望远镜,在一项名为“银河画卷”的银道面CO分子气体巡天研究计划中,对Ia型超新星遗迹的典型对象第谷超新星遗迹展开了观测。

  第谷超新星(Tycho’s supernova)爆发于公元1572年,是银河系内一颗标准的Ia型超新星,也是“银河画卷”搜寻的第一个Ia型超新星遗迹目标源。通过大视场、高灵敏度的观测,紫台科研人员发现,在第谷超新星遗迹周围存在一个巨大的气体空腔,测量到的半径值介于13-27pc之间。观测还表明,该遗迹周围的星际气体明显受到激波的扰动,且整个气体空腔目前处于膨胀之中。基于观测推算的星风强度和年龄也与吸积模型十分吻合。以上发现为Ia型超新星单简并模型的理论提供了强有力的观测证据。目前紫台科研人员正瞄准银道面其它Ia型超新星遗迹,不断开展后续的观测,以期取得更加系统的成果。

  针对第谷超新星遗迹巨大空腔的发现已于2017年4月被国际核心天文刊物《天文学与天体物理》(Astronomy & Astrophysics)接收发表,详细文章见https://doi.org/10.1051/0004-6361/201630003。该项研究工作得到国家青年千人计划,国家自然科学基金,以及中科院先导专项的支持。

图 1:“银河画卷”观测获得的第谷超新星遗迹CO气体速度积分图。红色圆圈标示了超新星爆炸后的激波前沿。黄色椭圆勾勒了围绕遗迹的巨大空腔,可能由其前身星星风导致。图像摘自Chen et al.(2017)。

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