哈勃望远镜看到了从超新星爆炸产生的尘埃环反射的多个光回波

当恒星到达其生命周期的尽头时,它们的中心会经历引力坍缩并以炽热的爆发(超新星)爆炸。 这导致它们脱落外层,并向各个方向发出强烈的光和高能短波长辐射(如 X 射线和伽马射线)。 这个过程还产生了宇宙射线,它由加速到的质子和原子核组成 close 到光速。 在极少数情况下,超新星还可以产生“光回声”,即从原始爆炸地点扩散开来的光环。

这些回声将在超新星发生数月至数年后出现,因为爆炸产生的光与附近的尘埃层相互作用。 使用 哈勃太空望远镜 (HST),一个国际天文学家团队能够记录多重光回波 (LE) 的出现和演变。 研究小组将这些回声追踪到位于半人马座 A 中央尘埃带的剥离包络超新星(SN 2016adj),该星系位于半人马座 10 至 1600 万光年外。

该研究由 马克西米利安·斯特里辛格教授 和他的同事们 物理与天文学系 在奥胡斯大学。 他们加入了来自 欧洲南方天文台 (ESO), 奥布莱恩北科学中心 都柏林大学学院 (UCD) 空间科学研究所 (ICE,CSIC), Institut d’Estudis Espacials de 加泰罗尼亚 (IEEC)、霍夫斯特拉大学和新墨西哥州立大学。 描述他们的发现的论文最近出现在 天体物理学杂志快报.

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垂死恒星的核心和后续层。 每一层都是数百万年将每个后续元素融合到下一个元素中留下的。 信用:维基媒体

SN 2016adj 超新星于 2016 年首次被发现,发生在经过充分研究的半人马座 A 星系中。这种类型的超新星(剥离包络)是指正在坍缩的恒星已经吹散了其外部的氢包层并被爆炸前被外层氦气包围。 尽管它相对接近,但关于这个星系的基本特性和适当的距离仍然存在相当大的争论。 天文学家仍然不确定它是一个透镜状星系还是巨大的椭圆星系,并估计它距地球的距离为 10 到 160 亿光年。

自 SN2016adj 被发现以来的五年半时间里,天文学家们一直在观察这颗超新星周围的区域,因为它正在慢慢消退。 使用来自哈勃的图像,Stritzinger 和他的同事制作了一段短视频,展示了超新星的消退和随后的光回波的演变。 gif 视频(如下所示)显示了一千、九百和十一天期间的进展。 这包括原始爆炸产生的光明显减弱,随后出现一个缓慢向外扩展的发光环。

该数据集非常出色,使我们能够制作令人印象深刻的彩色图像和动画,展示随后五年内光回波的演变。 这是以前只有少数其他超新星记录的罕见现象。 正如斯特里辛格教授在最近的一次 UCD研究新闻发布

“半人马座 A 充满了尘埃带,当来自超新星的侧向传播光随着时间的推移撞击这些尘埃区域时,它们会在离原来的超新星位置越来越远的地方点亮,形成一系列扩大的发射环,称为光回声。 在这些年的观察中,这些环的变化使研究人员能够探测爆炸附近星系中尘埃带的布局。 数据表明,它们由中间有大孔的灰尘柱组成,类似于一块瑞士奶酪。”

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从 SN 2016adj 获取的 HST 图像的 Gif 视频。 图片来源:HST/NASA/Caltech-JPL/Stritzinger 等人。 (2022)

根据他们的观察,天文学家估计爆炸产生的冲击波以每秒超过 10,000 公里(3600 万公里/小时;2237 万英里/小时)的速度向外移动。 在这一波之前是超新星释放的强烈闪光,被超新星爆炸抛出的尘埃和气体云吸收,导致这些图像中捕获的光环不断扩大。 这些事件对天文学家来说特别有趣,因为它们是宇宙是怎样被碳、氧和铁等重元素播种的。

这些元素的丰富性导致了大约 130 亿年前第一颗行星的形成以及生命的最终出现。 作为合著者,霍夫斯特拉大学的斯蒂芬·劳伦斯博士

“一个很好的日常类比是想象一场烟花表演的结局——表演结束时炮弹发出的明亮光芒将照亮该地区仍挥之不去的早期炮弹产生的烟雾。 通过比较在几分钟内拍摄的一系列照片,您可以测量与照亮现场的最近一次爆炸没有直接关系的各种信息,例如之前爆炸了多少炮弹,烟雾有多不透明给定的炮弹,或者风吹的速度和方向。”

这些观察结果非常重要,因为迄今为止仅观察到来自四个不同尘埃片的四个不同的光回波。 展望未来,该团队希望与哈勃望远镜进行后续观测,希望能出现更多的光环。 他们还希望从光回波中获得光谱,这将揭示尘埃云的成分和超新星的化学成分。 与此同时,这些结果显示了古老的哈勃望远镜怎样在 30 多年后仍能取得重大发现。 作为合著者 摩根弗雷泽博士 UCD物理学院:

“虽然詹姆斯韦伯太空望远镜引起了很多关注,但它的前身哈勃继续提供令人难以置信的宇宙图像。 HST现在已经观察天空超过三年了,所以我们可以找到像这种多年来缓慢演变的光回波的东西。”

延伸阅读: UCD, 天体物理学杂志快报