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爆炸还是死亡,这是个问题:白矮星的归宿之谜

2019-09-10 08:39:11

白矮星的体积小,密度大,当它爆炸时产生明亮,短寿命的发光并形成1 a型超新星。作为宇宙中的标示物质,这些超新星是可以为天文学家提供宇宙的信息,比如用于证实宇宙的加速膨胀。

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图解:理解Ia型超新星对于理解我们宇宙的膨胀是有影响的。图片来源:美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室

白矮星的体积从太阳的一半到1.5倍各不相同,有一些爆炸形成1 a型超新星,另一些则会安静的走向死亡。加州理工大学的天文学家通过对很早以前爆炸的白矮星“化石”的研究发现,在宇宙早期发生爆炸的白矮星与如今相比质量更小,说明导致白矮星发生爆炸的原因是多样的,并不一定要到达发生爆炸的临界质量。

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天文学助理教授埃文?柯比发表在《天体物理学》的研究。

在恒星生命的末期,它们中的大多数都会将自身质量压缩成地球大小,变成昏暗且密度巨大的白矮星,我们的太阳也将如此。有时白矮星将会爆炸产生1 a型超新星。

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部分白矮星将会发生爆炸而另一些则不会,这其中的原因至今还是未知。19世纪早期,一位名为苏布拉马尼扬?钱德拉塞卡的天文学家计算发现,如果一颗白矮星的质量超过太阳质量的1.4倍,它将发生爆炸成为1 a型超新星,这个临界质量也被称为钱德拉塞卡质量。虽然钱德拉塞卡的计算解释了为什么一些较大质量的白矮星会发生爆炸,它依然无法解释为什么一些质量低于太阳1.4倍的白矮星也会发生爆炸。

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对1a型超新星的研究是一个时间分辨的过程,它们从开始发光到逐渐消失归于黑暗的过程发生在几个月内。柯比及其团队应用一项俗称为银河考古的技术对很早以前的超新星及产生它们的白矮星进行研究。

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银河考古的过程需要寻找来自其他恒星在很早以前爆炸产生的化学信号:当一个白矮星发生爆炸形成1a型超新星,爆炸将产生诸如镍、铁的较大相对原子质量的元素,并将其抛离至宇宙空间,发生爆炸的恒星质量越大在形成超新星过程中产生的重元素就越多,然后这些元素将重新整合形成新的恒星。正如化石为我们今天研究一些早已不存在的动物提供了线索,恒星中镍元素的含量也为我们揭示了通过爆炸形成它的前一颗恒星的质量。

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柯比及其团队通过凯可II号望远镜第一次发现了某些在宇宙的第一个十亿年形成的古老星系,这些星系中的大部分恒星镍含量都比较低,说明那时发生爆炸的白矮星质量较小,低于钱德拉塞卡质量,大概与太阳的质量相当。

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此外,研究者还发现在更近期形成的星系中镍的含量相对更高,说明据宇宙大爆炸事件越久,白矮星发生爆炸的质量越大。

“我们发现,在早期宇宙中,白矮星发生爆炸的质量比后期更小,产生如此改变的原因至今还不清楚。”柯比表示。

白矮星的爆炸是测量宇宙的重要工具,因此研究产生1a型超新星的过程至关重要。忽略它们怎样发生爆炸,大部分的1a型超新星的光度和变暗所需的时间都遵循一定规律。

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“我们将1a型超新星称为“标准烛光”,如果你相隔一段距离观察蜡烛的烛光,则距越远观测到的烛光越暗,通过测量一定距离的亮度就可以计算出与蜡烛相隔的距离,”柯比说。“1a型超新星在计算诸如宇宙膨胀的速率中非常重要,我们一直将它们作为宇宙学研究的重要工具。因此,研究它们从何而来和产生这些爆炸的白矮星的性质就显得尤为重要。”

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下一阶段的研究将在于除镍之外的其他元素,尤其是像锰,锰的产生与超新星的质量密切相关,因此可以用来确认从镍含量研究得出的结论。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.南北角-spaceanswers

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