来自超新星的宇宙“尘埃”暗示了恒星是怎样诞生的

左图:SOFIA(红色 154 微米)、Herschel(绿色 70 微米)和 Spitzer(蓝色 24 微米)的马赛克图像。 右图:SOFIA 远红外 (154micon) 图像上的磁场流。 学分:SETI 研究所

新的研究从年轻的超新星遗迹中发现了强烈的极化。 它提供了独立和确凿的证据,证明早期宇宙中的宇宙尘埃是在超新星中形成的。 虽然超新星确实会喷射并摧毁宇宙尘埃,但现在红外观测表明尘埃形成于超新星的早期阶段。 SOFIA HAWC+(红外天文学高分辨率机载宽带相机 Plus 平流层观测站)波段 D 对年轻超新星遗迹 (SNR) 仙后座 A (Cas A) 的观测显示出 5-30% 水平的高极化。 这种两极分化表明:

  • 远红外探测到的偏振尘埃发射属于信噪比,超新星是大量尘埃的产生者(包括《自然》在内的一些论文指出,尘埃只是来自视线内的云层,没有冷Cas A 中的灰尘)
  • 超新星中新形成的尘埃颗粒大而细长,而不是球形
  • 硅酸盐颗粒是具有如此强极化的主要尘埃
  • 超新星是早期宇宙中重要的尘埃源

SETI研究所的研究科学家、该研究的主要作者Jeonghee Rho博士表示,偏振尘埃发射属于SNR Cas A,不是随机星际发射。 研究远红外线辐射很棘手,因为它无处不在。 寻找与超新星相关的发射相当于大海捞针。 偏振观测对此有了新的认识。

该研究是与德克萨斯大学阿灵顿分校的研究生 Aravind Ravi 先生和其他科学家的合作,合作者包括伦敦大学学院和英国卡迪夫大学、比利时根特大学、马克斯普朗克研究所德国和韩国的韩国天文和空间科学研究所。


使用 SOFIA 上的高分辨率机载宽带相机 Plus (HAWC+) 在 SOFIA 远红外 (154micon) 图像上显示磁场方向。 Cas A 中的磁场强度非常强,通过极化测量推断为 100 毫高斯。 在远红外发射更强(棕色)的地方,极化相对较弱。 学分:SETI 研究所

仙后座 A 是一个相对年轻的 SNR,位于仙后座,距离地球约 11,000 光年,它的光很可能在公元 1671 年左右首次到达地球。 它也是一个经过充分研究的 SNR,使其成为理想的观测目标。 SOFIA 的 HAWC+ 是一款远红外相机和成像旋光仪,可在五个宽带波长中进行总光通量和偏振光通量成像。 Cas A 的极化图在 154 微米(波段 D)进行。 通过使用该仪器进行观察,研究人员希望了解:

  • 磁场怎样流动?
  • 存在哪些类型的尘粒?
  • 灰尘颗粒有多大?
  • 尘粒有哪些形状?
  • 灰尘怎样与磁场对齐?

通过了解尘埃颗粒的性质,科学家可以更好地了解恒星形成的历史和宇宙的演化。 不要与隐藏在床下的尘埃兔子混淆,宇宙尘埃由岩石组成,由碳等元素组成,在这种情况下,主要是硅酸盐,并在恒星和行星的形成中发挥作用。 先前的理论模型表明,超新星中的尘埃形成可以解释早期宇宙中尘埃的存在。 最大的问题是是否有证据表明有足够的灰尘形成。

结合斯皮策和赫歇尔图像的 Cas A 中 SOFIA 的极化意味着对大约 100 毫高斯的磁场的估计。 它将 Cas A 列为最强的磁场源之一。 超新星喷出物中的颗粒排列与磁场一起发生,尘埃极化可以可靠地追踪磁场。

来自超新星的宇宙“尘埃”暗示了恒星是怎样诞生的
虽然极化在中心和东南壳层显示出紧密的磁场,但在两个尘埃结构之间的地方极化分数更高。 韦斯特显示缺乏极化和随机场。 学分:SETI 研究所

观测表明,硅酸盐尘埃颗粒是Cas A中的主要颗粒。这一结果是有意义的,因为硅酸盐尘埃的存活率高于其他类型的尘埃,因此在逆震后仍然存在足够的尘埃。 存在的其他颗粒可能是含铁尘埃,但额外的波长观察或模拟将提供更好的理解。

来自 SNR 极化区域的大量尘埃表明,超新星是早期宇宙中重要的尘埃产生者。 来自极化区域(例如,不包括西部)的尘埃质量仍然是太阳质量的十分之二。 以前它是使用光谱的反卷积来完成的。 该数据独立证实超新星产生的尘埃作为早期宇宙的尘埃产生者很重要。

“当我们看到这样令人兴奋的结果时,SOFIA 任务即将结束,这令人失望,”SOFIA 科学任务运营副主任 Bernhard Schulz 说。 “目前还没有建立另一个远红外天文台的计划,所以整个天文学领域都会受到影响。”

这项工作使我们更接近于理解早期宇宙中导致恒星和行星形成的过程。 通过使用詹姆斯韦伯太空望远镜更深入地研究这些颗粒,研究人员希望更好地了解尘埃的成分。