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[天之文]ALMA聚焦超新星:尘埃工厂
资料来源:天之文 作者:gohomeman1译

摘要:借助阿塔卡玛大型毫米/亚毫米射电阵列(ALMA)的最新观测,我们首次清晰地看到,一个年轻而著名的超新星遗迹——SN 1987A中,充满了新近形成的尘埃。

借助阿塔卡玛大型毫米/亚毫米射电阵列(ALMA)的最新观测,我们首次清晰地看到,一个年轻而著名的超新星遗迹——SN 1987A中,充满了新近形成的尘埃。假如这些尘埃能够足够快地散布到星际空间中,就能解释为何大量星系有着蓬头垢面的外观。


ALMA、哈勃、钱德拉拍摄的SN 1987A的合成图。

本图三色伪彩合成,ALMA的毫米波图像为红色,哈勃图像为绿色,钱德拉的X线图像为蓝色。
星系可能尘埃密布(注1),而我们认为这些尘埃的主要来源就是超新星爆发,尤其在早期宇宙中更是如此。但是超新星制造尘埃的直接证据却一直没有真正找到,因此也无法为遥远的年轻星系富含尘埃提供合理的解释。现在ALMA的观测终于实现了此事。
美国夏洛茨维尔市,弗吉尼亚州立大学兼国家射电天文台(NRAO)的天文学家Remy Indebetouw解释说:“我们发现明显存在大量的尘埃,与就在近旁年轻超新星的中央喷流直接相关。这是我们首次获得了尘埃形成来源的真实图像,对应了解星系演化具有重大意义。”
  一个国际天文学家团队使用ALMA观测了超新星遗迹SN 1987A(注2),它位于大麦哲伦星系(LMC)中,离我们约16.4万光年。自从1064年开普勒(Johannes Kepler)发现银河系中的超新星以来,SN 1987A是离我们最近的超新星。


SN 1987A周围环境的模拟图像。大图:34.8MB,版权:ESO,ALMA。

天文学家预期随着爆发后的气体冷却,在遗迹的寒冷区域中心,氧O、碳C、硅Si原子将结合,产生大量的尘埃。然而,在爆发500天后使用红外望远镜对SN 1987A的最初观测,只发现了少量的热尘埃。
基于ALMA的高分辨率和灵敏度,研究者团队得以绘制多得多的、在毫米波、亚毫米波段发光的冷尘埃。天文学家估计,大约有0.25个太阳质量的尘埃是新形成的,他们还发现了巨量的一氧化碳CO、一氧化硅SiO的证据(宇宙中能形成SiO这样的化合物,译注)。
Indebetouw继续解说:“自从SN 1987A与周围环境互动以来,它就成为一个特殊的场所——我们看到的就是正在发生的。而ALMA的新观测,首次揭示了一个塞满物质的超新星遗迹,而它在几十年前还不存在。”

PDF插图,ALMA、Hubble的图像对比。

不过嘛,超新星既能产生尘埃,也能吹散尘埃微粒。
  随着爆发初始的辐射进入太空,它形成的冲击波产生了明亮的发光环,就像哈勃望远镜拍摄的早期图像那样。随着冲击波击中前身星在红超巨星阶段抛出的气壳,产生了朝向爆发中心的强烈回弹。Indebetouw接着说:“在某些情况下,回弹的冲击波会猛烈撞击并摧毁刚刚形成的尘埃团块。但我们难以准确预估破坏比例,也许只有一点点,也许是1/2~2/3。”假如有足够比例的尘埃得以留存,并散布到星际空间,就能解释天文学家在早期宇宙中探测到的丰富尘埃。
  英国伦敦学院大学的Mikako Matsuura总结说:“早期星系难以置信地含有大量尘埃,而这些尘埃在星系演化中扮演着关键角色。今天我们知道有几个途径可以产生尘埃,但在早期宇宙中,绝大部分都来自超新星爆发。现在我们发现了支持此理论的直接证据。”
R.Indebetouw团队的研究报告刊登在《天体物理学通讯》上,标题:“ALMA发现超新星SN 1987A中尘埃形成和微粒加速的过程。”

附注:
1、宇宙尘埃主要由硅酸盐和碳粉的微粒组成,它们在地球上也极为常见。蜡烛燃烧时产生的烟尘与宇宙尘埃非常相似,但是烟尘比宇宙尘埃的碳粒还要大10倍以上。

  SN 1987A所在的LMC星空,上方是著名的蜘蛛星云。巨图:177MB。版权:ESO,R. Fosbury。 2、超新星爆发的光于1987.2.24被发现,这是当年看到的第一个超新星(当时没有现在的持续全天空巡天),因此编号为SN 1987A。
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