美科学家揭开2000年前中国古代超新星爆发谜团

摩发国际

　　

　　这是人类有记录以来最早的超新星爆发遗迹RCW 86多波段合成图像，采用来自4台空间望远镜的数据制作而成。公元185年，中国东汉的天文学家们曾经目睹并记载了这一超新星爆发事件
　　科学家们宣布，借助美国宇航局在轨运行的两台空间望远镜的帮助，他们于近期成功揭开了有关人类有记录以来首颗超新星爆发的一些谜团，那次超新星爆发发生在大约2000年前。
　　公元185年正值中国东汉，当时中国的天文学家在天空中观察到一次超新星爆发过程并对此做了记录。他们称之为“客星”。在传世的《后汉书》中有如下记载：“十月癸亥，一客星出于南门，其大如斗笠，鲜艳缤纷，后渐衰萎，于次年六月没。”就是说当时的中国天文学家们再夜空中看到了一颗极亮的“新星”，色彩鲜艳，直到第二年的6月份才逐渐消失，前后一直在天空闪耀了将近8个月。上世纪60年代，科学家们经过研究后确认，这是人类历史上最早的超新星爆发纪录。
　　现在，借助美国宇航局斯皮策空间望远镜以及广角红外巡天探测器(WISE)的强大红外观测能力，科学家们发现这一超新星爆发发生于宇宙中一片气体和尘埃相对匮乏的区域。研究人员们表示，这样的环境让超新星爆发发出的光芒得以传播地更快也更远。
　　美国北卡罗莱纳州立大学天文学家布莱恩·威廉姆斯(Brian Williams)说：“这个超新星爆发留下的遗迹现在已经变得非常巨大，扩张速度极快。事实上它现在的尺寸比我们预料一个2000年爆发的超新星应当遗留的遗迹尺寸整整大了2~3倍。而现在我们终于找出了这其中的缘由。”威廉姆斯博士是这一研究论文的第一作者，他们的相关工作论文已经发表在了《天体物理学报》上。
　　古代的超新星爆发事件
　　这一发生于2000年前的超新星编号为RCW 86，距离地球大约8000光年。但是尽管我们知道它的距离，关于它，我们仍然有诸多的谜团有待解答。
　　首先最明显的一点就是那次爆发留下的超新星遗迹现在看来明显过大：如果人的肉眼能看到红外线，那么你就会发现这一爆发产生的圆形遗骸已经占据了夜空中比满月还大的一块区域。
　　科学家们需要把所有线索拼接起来，找出其中的原因。他们调用了美国宇航局斯皮策空间红外望远镜，WISE探测器，并调出之前由钱德拉塞卡X射线空间望远镜和欧洲空间局所属XMM-牛顿空间天文台所收集的数据进行分析，终于找到了头绪。
　　他们发现RCW 86属于一类所谓的Ia型超新星。双星系统中，一颗和太阳类似的普通成员恒星逐渐年老，终于走向死亡。它收缩成一颗致密的白矮星。但是由于它属于一个双星系统，于是它开始从其伴星身上“盗取”物质。物质以吸积盘形式下降抵达白矮星的表面，在此过程中由于势能释放以及摩擦作用使白矮星的温度不断上升。当这种吸积作用速度太快太剧烈时，白矮星的质量将不断增加，核心区温度急剧上升，最终在一瞬间引发剧烈爆炸，彻底摧毁白矮星。这种爆炸极为剧烈，其在1秒内发出的能量几乎相当于太阳在其整个主序星阶段发出能量的总和，因而极其明亮。
　　威廉姆斯说：“白矮星就像是一块已经燃烧完，但还冒着烟的煤渣。如果这时候你给它倒上一桶汽油，它立即又会再次燃烧。”
　　这项研究首次揭示一颗白矮星可以在自己周遭清出一个清空区，随后才发生Ia型超新星爆发。正是这一清空区可以解释为何RCW 86爆发遗迹会变得如此之大。当爆发发生时，大量碎屑物质急速向外扩散，由于周遭已经被清空，因而没有气体或尘埃阻挡减速。这就让超新星爆发产生的圆球状碎屑云得以迅速扩散至巨大的规模。
　　更多线索
　　借助斯皮策空间望远镜和WISE探测器，科学家们测量了RCW 86遗迹的温度。随后他们进行了计算，从而了解这一遗迹内部需要存在多少气体物质，才能在这些尘埃碎屑加热到这一温度值。他们的研究结果显示这一爆发遗迹产生至今的大部分时间内都处于低密度环境中，这暗示了一个清空区域的存在。
　　早些时候，科学家们曾经怀疑RCW 86是由一种所谓的“核区塌缩超新星”形成的，即一颗恒星寿终正寝，由于耗尽了核心区的核燃料，中央核聚变反应终止，重力取胜，恒星以极高的速度向核心塌缩并撞击核心致密部位之后剧烈反弹，产生猛烈爆炸。这是超新星爆发中最为剧烈的一类。
　　尽管之前就有线索暗示在RCW 86周遭存在一个低密度清空区，但是当时人们普遍认为这一超新星是核区塌缩成因的。而在这类超新星中存在这样的清空区是很正常的。大质量恒星会在发生核心塌缩之前开始加速向外大量抛射外层气体物质，冲击周围空间，从而清空一片区域。
　　然而威廉姆斯和同事们的工作否定了RCW 86是核区塌缩成因超新星的结论。来自美国宇航局钱德拉塞卡X射线空间望远镜和欧空局XMM-牛顿望远镜的数据显示这一天体内部存在高丰度铁元素痕迹，一般认为这是Ia型超新星的标志。将这些X射线数据和红外波段观测数据相结合，天文学家们可以断定RCW 86是一次Ia型超新星爆发产生的遗迹。
　　美国宇航局华盛顿总部的斯皮策和WISE项目科学家比尔·丹奇(Bill Danchi)评价说：“这真是很有趣，现代的天文学家们试图解开一道2000年前的谜团，结果却发现这个问题本身是错误的。现在，借助多台先进的观测工具，我们解开了这个谜团，也终于可以完全欣赏这一宇宙尸骸背后不可思议的物理学过程了。而对于当年首先看到这颗超新星爆发的古代中国天文学家们，我们则依旧心怀敬意。”