天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆“混沌”恒星的信號(hào)使它的伴星成為超新星

許多恒星會(huì)爆炸成發(fā)光的超新星，這些超新星會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而膨脹，它們會(huì)耗盡核聚變所需的燃料。但有些恒星能去超新星，只是因?yàn)樗鼈冇幸粋€(gè)親密而煩人的伴星，這將使它的伴侶有一天更加心慌和爆炸。

后一種事件可能發(fā)生在雙星系統(tǒng)中，其中兩顆恒星試圖共享主導(dǎo)權(quán)。雖然爆炸的恒星發(fā)出了許多關(guān)于其身份的證據(jù)，但天文學(xué)家必須參與探測(cè)工作才能知道導(dǎo)致爆炸的錯(cuò)誤伴星。

1月10日，在西雅圖舉行的2019年美國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)議上，一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)確定了伴星的類型，這使其成為雙星系統(tǒng)中的伙伴——碳氧白矮星爆炸。通過(guò)對(duì)距離我們5.45億光年的超新星SN 2015cp的反復(fù)觀測(cè)，研究小組探測(cè)到了爆炸前伴星脫落的富氫碎片。

華盛頓大學(xué)的天文學(xué)家梅麗莎格雷厄姆(Melissa Graham)說(shuō)：“碎片的存在意味著伴星要么是紅巨星，要么是類似的恒星，在它的伴星變成超新星之前，已經(jīng)有大量的物質(zhì)脫落了?！彼龀隽诉@一發(fā)現(xiàn)，所附論文的主要作者發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

超新星物質(zhì)以10%的光速照射到這顆恒星的填充物中，導(dǎo)致它發(fā)出紫外線，這是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和其他天文臺(tái)在最初爆炸近兩年后探測(cè)到的。通過(guò)尋找雙星系統(tǒng)中超新星爆發(fā)幾個(gè)月或幾年后碎片效應(yīng)的證據(jù)，研究小組認(rèn)為天文學(xué)家可以確定這個(gè)伴星是雜亂的紅巨星還是相對(duì)干凈整潔的恒星。

該團(tuán)隊(duì)將這一發(fā)現(xiàn)作為對(duì)特定類型超新星(稱為Ia型超新星)更廣泛研究的一部分。當(dāng)碳氧白矮星由于雙星伴星的活動(dòng)而突然爆炸時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。對(duì)于恒星來(lái)說(shuō)，碳白矮星又小又密，非常穩(wěn)定。它們來(lái)自較大恒星的坍縮核心，如果不受干擾，可以持續(xù)數(shù)十億年。

根據(jù)格雷厄姆的說(shuō)法，Ia型超新星已經(jīng)被用于宇宙學(xué)研究，因?yàn)樗鼈兙鶆虻墓舛仁顾鼈兂蔀槔硐氲摹坝钪鏌羲?。它們被用?lái)估計(jì)宇宙的膨脹速度，并作為暗能量存在的間接證據(jù)。

然而，科學(xué)家們不確定哪顆伴星會(huì)觸發(fā)Ia型事件。大量證據(jù)表明，對(duì)于大多數(shù)Ia型超新星來(lái)說(shuō)，伴星可能是另一種碳氧白矮星，之后不會(huì)再有富氫碎片。然而，理論模型表明，像紅巨星這樣的恒星也可以觸發(fā)Ia型超新星，這些超新星會(huì)留下富含氫的碎片，這些碎片將被爆炸擊中。在迄今為止研究的成千上萬(wàn)種Ia超新星中，后來(lái)只觀察到少量影響伴星發(fā)射的富氫物質(zhì)。此前對(duì)至少兩個(gè)Ia型超新星的觀測(cè)在爆炸幾個(gè)月后探測(cè)到發(fā)光碎片。但是科學(xué)家不確定這些事件是否是孤立事件，

格雷厄姆說(shuō)：“到目前為止，所有使用Ia型超新星的科學(xué)研究，包括對(duì)暗能量和宇宙膨脹的研究，都依賴于這樣一個(gè)假設(shè)，即我們非常清楚地知道這些‘宇宙燈塔’是什么以及它們是如何工作的?！傲私膺@些事件是如何觸發(fā)的，以及是否只有一種類型的Ia事件被應(yīng)用到一些宇宙學(xué)研究中，這一點(diǎn)非常重要。”

利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，該團(tuán)隊(duì)在最初爆炸后大約一至三年內(nèi)搜尋了70 Ia型超新星的紫外線輻射。

格雷厄姆說(shuō)：“通過(guò)觀察最初事件發(fā)生幾年后的情況，我們正在尋找含有氫的令人震驚的物質(zhì)的跡象，這表明伴侶不是另一個(gè)碳氧白矮星?！?

對(duì)于2015年首次發(fā)現(xiàn)的超新星SN 2015cp，科學(xué)家們找到了他們要找的東西。2017年，超新星爆發(fā)686天后，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了紫外線碎片。這些碎片距離超新星源頭很遠(yuǎn)——至少有1000億公里，也就是620億英里。作為參考，冥王星的軌道距離我們的太陽(yáng)可以達(dá)到74億公里。

通過(guò)將SN 2015cp與他們調(diào)查中的其他Ia型超新星進(jìn)行比較，研究人員估計(jì)不超過(guò)6%的Ia型超新星擁有這種垃圾伴星。格雷厄姆說(shuō)，對(duì)其他Ia事件重復(fù)的詳細(xì)觀察將有助于鞏固這些估計(jì)。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)于探測(cè)SN 2015cp伴星碎片的紫外特性非常重要。2017年秋，研究人員安排夏威夷的WM凱克天文臺(tái)、新墨西哥州的Karl G. Jansky超大型陣列、歐洲南方天文臺(tái)的超大型望遠(yuǎn)鏡和NASA的Neil Gehrels Swift天文臺(tái)對(duì)SN 2015cp進(jìn)行了補(bǔ)充觀測(cè)。其他人。事實(shí)證明，這些數(shù)據(jù)對(duì)于證實(shí)氫的存在非常重要，它們是由密歇根州立大學(xué)的研究員切爾西哈里斯在一篇配套論文中提出的。

格雷厄姆說(shuō)：“SN 2015cp的發(fā)現(xiàn)和后續(xù)行動(dòng)實(shí)際上證明了有多少天文學(xué)家和各種類型的望遠(yuǎn)鏡可以共同理解瞬態(tài)宇宙現(xiàn)象。“這也是天文學(xué)研究中意外發(fā)現(xiàn)的完美例子：如果哈勃在一兩個(gè)月內(nèi)看到SN 2015cp，我們就什么也看不到了?！?

Graham還是威斯康星大學(xué)DIRAC研究所的高級(jí)研究員和大型氣象探測(cè)望遠(yuǎn)鏡(LSST)的科學(xué)分析師。

格雷厄姆說(shuō)：“未來(lái)，作為其常規(guī)觀測(cè)的一部分，LSST將自動(dòng)探測(cè)到類似SN 2015 CP-氫的來(lái)自Ia型超新星材料的光發(fā)射?！斑@會(huì)讓我的工作變得如此簡(jiǎn)單！”

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