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Ia型超新星为什么是银河系中的定时炸弹?

2011-09-09 08:11:05 本文行家:莫刚

目前科学家最新一项研究显示,宇宙中一些高速旋转的衰老恒星,当它们减速时就会演变成超新星爆炸。目前可能银河系内潜藏着数千颗这样的“定时炸弹”。


超新星内部状况超新星内部状况

银河系中的定时炸弹

据美国物理学组织网报道,在好莱坞大片《生死时速》中,犯罪分子在一辆巴士上安装了一枚特殊炸弹,如果车速减至50英里/小时就会自动爆炸。目前科学家最新一项研究显示,宇宙中一些高速旋转的衰老恒星,当它们减速时就会演变成超新星爆炸。目前可能银河系内潜藏着数千颗这样的“定时炸弹”。哈佛-史密森尼天体物理学中心天体物理学家罗赞-迪斯特凡诺(RosanneDiStefano)说:“虽然迄今我们并未在银河系内发现任何一颗‘定时炸弹’,但是这项研究表明之前我们的探索方法是错误的,目前通过该研究提供了搜寻超新星前体的新方法。”迪斯特凡诺和同事称,这种特殊的恒星爆炸叫做Ia型超新星,该现象通常出现于衰老、结构紧密的白矮星

生死时速剧情简介

超新星爆发超新星爆发
退休炸弹专家佩恩(丹尼斯•霍珀 Dennis Hopper 饰)因不满政府的退休政策,产生了报复社会的念头。他先是在电梯里安装炸弹,劫持人质勒索100万美元赎金,但被特警杰克(基努•李维斯 Keanu Reeves 饰)拆除了炸弹,救出了人质。佩恩趁乱逃脱。一计不成,佩恩并没有放弃,他继续他疯狂的计划。这次他炸毁了一辆公车,并在另一辆公车上安装了炸弹,只要该公车的时速超过了50英里就不能再减速,否则就会引起爆炸。当杰克赶上这辆公车时,公车已经满载乘客行驶在高速公路上,时速也早已过了50英里。

超新星

超新星爆发后瞬间.超新星爆发后瞬间.
超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散,并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构,这被称作超新星遗迹

超新星六个类型

Ia型超新星的三维模拟图Ia型超新星的三维模拟图
天文学家把超新星按它们光谱上的不同元素的吸收线来分成数个类型: 

I型:没有氢吸收线。

Ia型:没有氢、氦吸收线,有硅吸收线。

Ib型:没有氢吸收线,有氦吸收线。

Ic型:没有氢、氦、硅吸收线。 

II型:有氢吸收线。 

Ia型超新星

Ia型超新星是一类特别的天体,具有一致的峰值光度,被作为标准烛光广泛应用于宇宙学距离测定之中,对Ia型超新星的观测直接导致了宇宙加速膨胀和暗物质的发现。但是,Ia型超新星的前身星性质和爆发机制仍不清楚。目前主要的Ia型超新星爆发模型有两类,即单简併模型和双简併模型。在单简併模型中,一颗白矮星(简併星)和一个正常恒星组成双星系统,白矮星从正常恒星吸积物质,超过白矮星的质量上限(1.4倍太阳质量),发生塌缩和热核聚变,导致超新星爆发,而正常恒星则会存活下来。双简併模型则是两颗白矮星并合,发生超新星爆发,不再有星体遗存。由于在单简併模型中,白矮星爆发时的质量在1.4倍太阳质量附近,可以很好地解释Ia超新星爆发时相同的峰值光度,因此是最广为接受的Ia超新星模型。但是,观测方面的证据还非常缺乏,人们更不清楚在Ia超新星爆发之前双星系统的参数和物理状态。 

超新星爆炸

经典的观点认为,热核爆炸超新星——也就是Ia型超新星——爆炸发生在白矮星——一种燃烧完核燃料(Nuclear Fuel)并且全部由碳(Carbon)和氧(Oxygen)组成的星体——从一个邻近的伴星吸积物质的时候发生。在吸积的同时白矮星会收缩从而导致密度和温度上升。这个过程一直进行到白矮星的质量达到质量极限——也就是所谓的Chandrasekhar质量,大概等于1.4倍的太阳质量。当达到这个状态的时候,由于热核反应不稳定性导致核聚变放出大量的能量,将白矮星外层的物质以很高的速度喷射出去,速度可以达到光速的百分之几。核反应可以将大概0.6个太阳质量的白矮星物质变成一种同位素:放射性的镍56(Nickel-56)。这种同位素的衰变——先是衰变到钴56(Cobalt-56),然后再衰变到铁56(Iron-56)——提供了一个延迟能量来源,这可以维持喷射出去的物质处于高温,导致超新星获得比十亿个太阳更强的峰值光度(光度的定义为单位时间内辐射出来的能量)。 

白矮星

白矮星(white dwarf),也称为简并矮星,是由电子兼并物质构成的小恒星。它们的密度极高,一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一般的大小,微弱的光度则来自过去储存的热能。在太阳附近的区域内已知的恒星中大约有6%是白矮星。这种异常微弱的白矮星大约在1910年就被亨利·诺利斯·罗素、爱德华·皮克林和威廉·佛莱明等人注意到, 白矮星的名字是威廉·鲁伊登在1922年取的。

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