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关注一下夜空中最亮的星 精选

已有 5159 次阅读 2021-10-7 08:26 |系统分类:科普集锦

关注一下夜空中最亮的星

超新星是我们在天空中能看到的最亮的恒星爆发事件,一颗超新星释放的能量相当于太阳一生中释放能量的总和。天文学家根据星光中的元素吸收线把超新星分成若干类型,Ia超新星是其中最亮的一种。由白矮星和它的伴星(主序星/红巨星/白矮星)组成的双星系统演化到最后阶段,白矮星将吸取其伴星的外层物质使其质量增加。当白矮星的质量达到1.4倍太阳质量时,其内部的碳和氧就会被点燃,在数秒内先将碳氧熔合成硅,再由硅熔合成56Ni,释放出的巨大能量会将整个白矮星炸碎。由于爆炸总是在白矮星吸积到1.4倍太阳质量附近时发生,所以Ia超新星的最大光度和绝对星等基本一样,因而可以作为测量宿主星系的距离标准烛光。1998年,物理学家索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特与亚当·里斯正是通过Ia型超新星的观测发现了宇宙在加速膨胀而共同荣获了2011年的诺贝尔物理学奖。科学家们还从观测结果推理出暗能量的存在,这不仅是天文学,更是物理学的巨大突破。Ia型超新星因其在宇宙学中的特殊地位被美国《新千年天文学和天体物理学》列为当前恒星研究的主要对象之一。

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图1. Ia超新星结构示意图


       对Ia超新星爆发机制的深入研究发现,峰值光度主要取决于爆发过程中合成的放射性56Ni质量,而爆发过程中56Ni的产额要受到前身星金属丰度的影响。前身星的金属性越大,爆发时产生的56Ni就越少,Ia超新星的最大光度就会越小反之,前身星的金属性越小,爆发时产生的56Ni就越多,Ia超新星的最大光度就会越大。因此,前身星的金属性将影响Ia超新星的光度和绝对星等,并进一步影响星系距离的测量。随着宇宙的演化,宇宙的平均金属性也在增加,从而导致Ia超新星的绝对星等随宇宙年龄的增加而增大。这一结果与把Ia超新星作为标准烛光相比会产生不一样的推论,深入研会丰富我们对宇宙演化的认识。



去年年底以来,我指导一个博士后开始研究宇宙化学演化对利用Ia型超新星测量星系距离的影响。我们基于不同的Ia型超新星的前身星模型,其中包括钱德拉塞卡模型和亚钱德拉塞卡模型,分别得到了Ia型超新星爆发时合成的56Ni产额随前身星初始金属性的变化关系。又利用类星体的观测结果和宇宙中恒星形成率的演化规律,得到了宇宙平均金属性随红移(或宇宙年龄)的变化关系。另外,还考虑了Ia型超新星的延迟爆发效应,推导出前身星的金属性随红移的演化规律。利用这种演化规律对以前使用标准烛光法得到的星系距离进行修正,并在此基础上重新估计了当前宇宙的暗能量比重和宇宙年龄。研究获得的一些重要结果列于图2-5中,从中可以看出:修正后当前宇宙的暗能量比重比之前的估计增大了,这表明宇宙似乎正在更快的加速膨胀;修正后的宇宙年龄也比之前的估计增大了24亿年,从而揭示出一个更加古老的宇宙。

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图2. Ia型超新星爆发时合成56Ni的质量随前身星金属性的变化关系。


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图3. 宇宙平均金属性随红移的变化关系。


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图4. 不同修正模型下当前宇宙的暗能量比重。


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图5. 不同修正模型下的宇宙年龄。


       目前,该研究结果被美国天文学杂志(Astronomical Journal)接受发表。




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