超新星遗迹仙后座 A 是不平衡的

仙后座 A 是一颗在 11,000 光年外爆炸的超新星的残骸。 来自爆炸恒星的光可能在 1670 年左右到达地球(仅比牛顿发明反射望远镜早几年)。但没有记录,因为光没有到达地球。

Cass A星云在古老的爆炸中散发出能量和光芒,是深空研究最多的天体之一。 它是一个膨胀的气体壳,当它的前身恒星爆炸时,它被炸入太空。

但卡斯 A 的膨胀并不均匀,天文学家认为他们知道原因。

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超新星爆炸是宇宙中最具灾难性的事件之一。 爆炸释放出巨大的能量,以高速将气体弹射入太空。 超新星可以以达到光速百分之十的速度将几个太阳质量的物质送入太空。 爆炸将不断扩大的冲击波送入太空,撞击星际介质 (ISM) 并扫除更多物质。 卡斯 A 的超新星爆炸留下了一颗中子星,它位于膨胀云的中心,现在大约 16 光年宽。 气体云被过热到大约 3000 万摄氏度,并且仍然因爆炸的能量而发光。

一项新的研究表明,卡斯 A 的内部星云是不平衡的,并且膨胀不均匀。 天体物理学杂志将发表题为“Cassiopeia A 的正向和反向冲击动力学。” 主要作者是阿姆斯特丹大学副教授 Jacco Vink。

超新星爆炸是在爆炸之前很久就开始的戏剧的最后一幕。 随着大质量恒星的老化,它们会耗尽氢。 这会破坏聚变,导致它们在应变以达到向外和向内压力之间的平衡时多次脉冲。 每个脉冲将物质向外发送到星际空间。

Cass A 星云有离散的膨胀环。 星云中的一些物质是在超新星爆炸前的脉冲中从恒星上脱落的,这些物质包含在外环中。 Cass A 也有正向和反向冲击波。 反向冲击波是来自爆炸的物质撞击 ISM 并向内弹向 Cass A 的中心。

Cass A 还包含称为高密度结的更致密材料块和两个彼此相对的喷射状结构。 还有一些环状特征被该研究的作者描述为“特殊的形态特征”。 这些特征很可能是放射性物质的气泡,它们在膨胀时将其他物质推开。 作者在论文中解释说:“我们的目标是了解正向激波和反向激波以及东北喷流的动力学。”

Cass A 中发生了很多事情,即使是快速浏览一下星云的多波长图像也能清楚地看出这一点。

这张仙后座 A 的彩色图像基于哈勃、斯皮策和钱德拉太空望远镜的数据。 你不需要成为天文学家就能看到这个复杂的物体发生了很多事情。 图片来源:NASA/JPL-Caltech [via Wikimedia]
这张仙后座 A 的彩色图像基于哈勃、斯皮策和钱德拉太空望远镜的数据。 你不需要成为天文学家就能看到这个复杂的物体发生了很多事情。 图片来源:NASA/JPL-Caltech [via Wikimedia]

本研究基于 19 年 钱德拉 X 射线 Cass A 的观测结果。这些观测结果表明 Cass A 内部区域的西侧没有扩大。 相反,这些地区正在向内移动。 观测结果还表明,外部冲击波在西方加速而不是减速。

“反向激波在 SNR 东部的观察者框架内向外移动……”该论文说。 但是膨胀率“……在 190 的位置角之间更低? 和 310?,在 260?–300? 范围内具有负膨胀率:这里的反向冲击向中心移动,“作者解释说。 请注意,天文学家称图像的右侧为西方。

这张来自研究的仙后座 A 图像仅显示了两个星云壳。 右侧的蓝色箭头(天文学家称其为西侧)表明内壳此时并未向外扩展,而是向内扩展。 红色箭头显示其他残余物确实向外扩展。  (c) J.Vink/astronomie.nl
这张来自研究的仙后座 A 图像仅显示了两个星云壳。 右侧的蓝色箭头(天文学家称其为西侧)表明内壳此时并未向外扩展,而是向内扩展。 红色箭头显示其他残余物确实向外扩展。 (c) J.Vink/astronomie.nl

这对于超新星遗迹来说是非常不寻常的。 天文学家已经广泛地观察和模拟了 SNR。 作者写道:“西部逆震波的向内运动与 SNR 在不到 1000 年时扩展为密集风的演化模型不一致。” 作者说,对于反向冲击的向内运动有两种解释。

“西方的倒退可能意味着两件事,”主要作者 Vink 说。 “要么在超新星物质的某个地方有一个洞,一种真空,导致热壳突然局部向内移动。 或者星云撞到了什么东西。”

该团队的模型显示最有可能发生碰撞。 碰撞的计算机模型表明,冲击波在碰撞后首先会降低速度,然后再次加速。 “正如我们测量的那样,”Vink 说。

研究中的这两张图片有助于解释结果。 左图显示了用于选择正向(青色)和反向冲击区域(红色)的环。 带有红线的绿色小圆圈表示由于歧义而被排除在分析之外的区域。 右侧的图像与左侧的图像相同,但叠加了一个蜘蛛图,将膨胀率可视化为位置角度的函数。 对于前向冲击(绿色),蜘蛛图的径向范围与膨胀率成线性比例。 对于反向冲击(红色),径向坐标提供了相对于虚线圆圈的膨胀——圆圈内部表示向内部运动。 图片来源:Vink 等人。  2022
研究中的这两张图片有助于解释结果。 左图显示了用于选择正向(青色)和反向冲击区域(红色)的环。 带有红线的绿色小圆圈表示由于歧义而被排除在分析之外的区域。 右侧的图像与左侧的图像相同,但叠加了一个蜘蛛图,将膨胀率可视化为位置角度的函数。 对于前向冲击(绿色),蜘蛛图的径向范围与膨胀率成线性比例。 对于反向冲击(红色),径向坐标提供了相对于
虚线圆圈——圆圈内表示向内部运动。 图片来源:Vink 等人。 2022

“超新星遗迹 (SNR) 的早期动力学演化既取决于前身星环介质 (CSM) 的密度结构,也取决于超新星 (SN) 喷射物的速度分布,”该论文指出。

Cass A 的形态似乎说明了这一点。 Cass A 的反向冲击波似乎与 SNR 喷射物的密集区域相撞,向中间弹回并给 Cass A 一个畸形的外观。

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