江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

新浪科技综合■硬核解说：宇宙中璀璨的明珠——超新星新浪科技综合2020-08-14 14:47:010阅( 二 )


种类繁多！
要了解一颗恒星 ， 首先要看它的光谱（把能量辐射沿着波长方向进行色散） 。 因此光谱也是研究超新星爆发性质的主要工具 。 依据超新星达到光极大附近的光谱特征 ， 我们可以对超新星进行分类 。 最早的分类是根据超新星光谱中是否有氢线而将超新星分为I型和II型：I型超新星的光谱中没有氢线；II型超新星有氢线 。
而依据其它谱线特征可以进一步对I型和II型超新星进行更为细致的分类：Ia型超新星除了没有氢的谱线之外 ， 在早期以及光极大附近处还呈现出电离硅的吸收特征 ， 在光极大附近有显著的W型电离硫的特征（热核燃烧的产物）；Ib型超新星光谱中并没有明显的硅线 ， 但早期光谱中能够看到较强的氦线；而对于Ic型超新星而言 ， 硅线和氦线的特征都不明显 。
II型超新星的分类比较复杂 ， 可以分为IIP ， IIL ， IIb以及IIn 。 一般而言 ， 人们将光变曲线下降阶段是否存在“平台”而将II型超新星分为II-P型（有平台）和II-L型（没有平台） 。 而IIb型超新星则被认为是一类介于II型和Ib型之间的一种中间类型 ， 其前身星在爆发前丢掉了较多的氢壳层物质 ， 因而光谱中氢特征在爆发后一段时间内消失而氦的特征逐渐变强 。 对超新星爆发前历史档案对象的研究表明以上不同类型的II型超新星的前身星一般是红超巨星 ， 从IIP-IIb型 ， 前身星的质量有逐渐变大的趋势 。
相比而言 ， IIn型超新星是更亮的一种子类 ， 其早期光谱会呈现出窄的或中等宽度的氢和氦的发射线 ， 这类特征来自超新星爆发抛射物与附近致密的星周物质相互作用产生的 。 这类超新星的前身星质量一般较大（大于30-40倍太阳质量） ， 一般认为是亮的蓝变星 。 由于质量巨大 ， 这类恒星在演化过程中会经历若干次较剧烈的爆发并导致大量的物质丢失 。 著名的海山二（Eta Carinae）就是属于这一类恒星 ， 其在1837年产生了一次剧烈的爆发中产生了与普通超新星爆发相当的能量（但星体仍然存活） ， 最亮时视星等为-1等 ， 成为了当时地球上观测到的第二亮的太阳系外天体 。
新浪科技综合■硬核解说：宇宙中璀璨的明珠——超新星新浪科技综合2020-08-14 14:47:010阅
文章图片
图3/6图2：不同类型超新星的光谱（图片来源：Branch & Wheeler 2017）超新星具有不同的观测特征说明它们爆炸之前所处的环境以及爆炸过程很可能是不同的 。 恒星演化研究表明 ， 对于质量超过8-10倍太阳质量的恒星来说 ， 它们的内部可以经历从氢到铁的所有核反应 ， 即当恒星演化到晚期时 ， 中心将会形成铁核 ， 由于铁的聚变反应是一个吸热过程 ， 因此铁一旦出现将预示着恒星内部核反应的停止 。 随着铁核质量的不断增大 ， 当其超过钱德拉塞卡质量极限时 ， 核内部提供的的电子简并压将无法支撑恒星的自重 ， 于是便开始了动力学的核塌缩过程 。
塌缩过程使得恒星中心先形成由中子组成的“中子球” ， 所后从更大半径处下落的物质会撞击在中子球的表面 。 由于中子星核的内部能够提供比简并电子气体强的多得多的压强 ， 因此这颗“中子球”在下落的物质面前几乎是不可压缩的 。 这便导致了下落的外层物质撞击在内核表面产生反弹激波 ， 携带形成中子球时产生的中微子的部分能量 ， 激波会将外层的物质推开 ， 于是就产生了超新星爆发 。
从爆炸机制角度而言 ， 这类超新星属于核塌缩型超新星 。 理论研究表明 ， 不仅是II型超新星 ， Ib/Ic型超新星都属于这类核塌缩型超新星 。 但由于Ib/Ic型超新星在观测上没有氢的谱线 ， 因此他们的前身星很可能是通过星风或双星物质相互作用而丢掉氢或氦包层 ， 这类星在观测上被称作沃尔夫-拉叶星 ， 通常具有极高的温度 。
一些超新星因为有很详细的研究从而变得很“出名” ， 比如在1987年2月23日大麦哲伦星云里发现了的一颗II型超新星——SN 1987A就受到了相当大的关注 。 这颗超新星距离我们只有15万光年 ， 其爆发产生的中微子信号被地面探测器成功探测到 ，这一成果获得了2002年诺贝尔物理学奖 。 SN 1987A是自开普勒超新星（SN1604）之后被记录的最亮的一颗超新星 ， 甚至能够用肉眼观察到 ， 同时也是第一颗被全波段观测研究的超新星 。
在这一“历史性时刻”发生后不久 ， 哈勃太空望远镜发射成功 ， 并拍摄了这颗超新星的高分辨率图像 ， 为人们研究超新星爆发的演化提供了巨大的帮助 。 利用其爆发之前的图像资料 ， 人们发现SN 1987A的前身星是一颗20倍太阳质量左右的蓝色超巨星 ， 这改变了II型超新星只能源于红超巨星爆发的传统认识 。 SN 1987A 爆炸演化的一个重要特征是其抛射物高速与星周物质碰撞演化成为环恒星的“三环”星云（图3） 。 从环的膨胀速度推测 ， 它们应该形成于同一时间 。 目前 ， 许多理论尝试解释这些“环”的起源 。 比如 ， 星风与不同演化阶段的前身星相互作用 ， 双星并合 ， 双极喷流 ， 与原恒星盘相互作用等 。 然而对这一现象的解释还存在争议 ， 因此它依旧是一个十分有趣的研究对象 。
新浪科技综合■硬核解说：宇宙中璀璨的明珠——超新星新浪科技综合2020-08-14 14:47:010阅
文章图片
图4/6图3：SN 1987A形成的三环结构 ， 图片来源：WFC3/F657N近些年 ， 随着探测手段的不断提高 ， 越来越多的超新星被相继发现 。 仔细审视超新星这个大家族可以发现超新星观测特征并不单一 ， 而是表现得很丰富多彩 。 比如从亮度上来说 ， 有比正常超新星暗的“亚亮型超新星” ， 也有比正常超新星亮几十甚至几百倍的“超亮超新星” 。 超亮超新星的诞生率仅为正常核心塌缩超新星的千分之一 ， 目前累计仅发现的总数不到100颗 。 它们似乎有一个共同的特点：倾向出现在低金属丰度的星系环境中 ， 这表明它们的前身星可能与宇宙的第一代恒星有关 。 这类超新星产生高光度的物理机制目前还不是很清楚 ， 可能的能量来源包括中心合成的大量Ni56产生的放射性衰变能 ， 中心致密天体（如磁星）的转动能 ， 以及爆炸抛射物与星周物质的相互作用供能等 。


推荐阅读


上一篇：湖北阳新:创新观护帮教 努力＂把长歪的树苗扶正＂

下一篇：福建明溪:以＂三规范＂工作模式落实认罪认罚从宽制度