根据认识,超新星爆发事件就是一颗大质量恒星的“暴死”。
对于大质量的恒星,如质量大于8倍太阳质量的恒星,由于质量巨大,在它们演化到后期时,当核心区硅聚变产物-铁-56积攒到一定程度时,往往会发生大规模的爆发。
这种爆炸就是超新星爆发。
现已证明,1572年和1604年的新星都属于超新星。
在银河系和许多河外星系中都已经观测到了超新星,总数达到数百颗。
可是在历史上,人们用肉眼直接观测到并记录下来的超新星,却只有6颗。
超新星的英文名称为supernova,nova在拉丁语中是“新”的意思,这表示它在天球上看上去是一颗新出现的亮星(其实原本即已存在,因亮度增加而被认为是新出现的);前缀super-是为了将超新星和一般的新星相区分,也表示了超新星具有更高的亮度,以及更稀少的分布和不同的形成机制。
根据韦氏词典,supernova一词最早在1926年见于出版物中。
已知存在的超新星有几种不同类型,但其形成机制都来自两种情形之一:通过核聚变产生能量的过程终止或突然启动。
当一个衰老的大质量恒星核无法再通过热核反应产生能量时,它有可能会通过引力坍缩的过程坍缩为一个中子星或黑洞。
引力坍缩所释放的引力势能会加热并驱散恒星的外层物质。
另一种形成机制为一颗白矮星可能会从其伴星那里获取并积累物质(通常是通过吸积,少数通过合并)从而提升内核的温度,以至能够将碳元素点燃并由此导致热失控下的核聚变,最终将恒星完全摧毁。
当质量超过钱德拉塞卡极限(约为1.44倍太阳质量)的恒星内部的核聚变炉无法提供足够的能量时,恒星将走向坍缩;而当吸积过程中的白矮星质量达到这一极限时它们将会质量过高而烧毁。
需要注意的是,白矮星还会通过碳氮氧循环在其表面形成一种与上述有所不同的并且规模小很多的热核爆炸,这被称作新星。
一般认为质量小于9倍太阳质量左右的恒星在经历引力坍缩的过程后是无法形成超新星的。
根据估算,在如银河系大小的星系中超新星爆发的概率约为50年一次,它们在为星际物质提供丰富的重元素中起到了重要作用。
同时,超新星爆发产生的激波也会压缩附近的星际云,这是新的恒星诞生的重要启动机制。
由于在一个星系中超新星是很少见的事件,银河系大约每隔50年发生一次,为了得到良好的研究超新星的样本需要定期检测许多星系。
在其他星系的超新星无法准确地预测。
通常情况下,当它们被发现时,过程已经开始。
对超新星最有科学意义的研究(如作为标准烛光来测量距离)需要观察其峰值亮度。
因此,在它们达到峰值之前发现他们非常重要。
业余天文学家的数量大大超过了专业天文学家,他们通常通过光学望远镜观察一些较近的星系,并和以前的图片相比较,在寻找超新星方面发挥了重要的作用。
到20世纪末期,天文学家越来越多转向用计算机控制的天文望远镜和CCD来寻找超新星。
这种系统在业余天文学家中很流行,同时也有较大的设施,如卡茨曼自动成像望远镜(KAIT)。
中微子是超新星爆炸时产生的大量的次原子粒子,并且它不被银河系的星际气体和尘埃所吸收。
超新星的搜寻分为两大类:一些侧重于相对较近发生的事件,另一些则寻找更早期的爆炸。
由于宇宙的膨胀,一个已知发射光谱的远程对象的距离可以通过测量其多普勒频移(或红移)来估计。
平均而言,较远的物体比较近的物体以更大速度减弱,因此具有更高的红移。
因此,搜寻分为高红移和低红移,其边界约为z=0.1–0.3之间——其中z是频谱频移的无量纲量度。
高红移的搜寻通常涉及到对超新星光度曲线的观测,这对于生成哈勃图以及进行宇宙学预测所用的标准或校准烛光很有用。
在低红移端超新星的光谱比其在高红移端更有实用价值,并可用于研究超新星周围的物理与环境。
低红移也可用于测定近距端的哈勃曲线,这是用来描述可见的星系距离与红移之间的关系曲线,参见哈勃定律。
2011年诺贝尔物理学奖公布:美国教授佩尔马特、美澳双国籍教授布莱恩·施密特和美国教授黎斯3人获奖,他们通过研究超新星发现宇宙正加速膨胀、变冷,称整个宇宙最终可能变成冰。
医学奖首次颁给已故学者。
化学奖、和平奖、文学奖、经济学奖等奖项将陆续公布。
2011年的诺贝尔奖奖金仍为1000万瑞典克朗(约合146万美元)。
2011年11月,美国美国国家航空暨太空总署(NASA)利用望远镜进行新的红外线观测,已经证实中国东汉时期记载的天有异象,客星侵主,是第一次有记载的超新星爆炸。
2016年3月,由美国圣母大学天文学家彼得·加尔纳维切领导的科研小组用了3年时间分析开普勒所观测的50万亿颗恒星的光谱,结果找到两颗超新星,其中一颗名为KSN 2011a,大小相当于近300个太阳,距地球约7亿光年;另一颗名为KSN 2011d,大小相当于约500个太阳,距地球约12亿光年。
研究人员在较大的超新星上首次观测到激波暴,但在较小的超新星上却没有观测到。
他们猜测这可能是因为小的超新星周围环绕气体,遮挡了所产生的激波暴。
加尔纳维切在一份声明中说:“激波暴的闪光可持续约1小时,因此要捕捉到一次这种闪光,要么是运气特别好,要么得持续不断地观测数以百万计的恒星。
”美国航天局的声明则将这一发现称为天文观测上的一个“里程碑”。
2010年,星明天文台业余天文学家孙国佑与高兴在NGC5430星系发现了一颗新爆发的超新星,后经著名的帕洛玛山天文台确认为Ic型超新星,编号PTFacbu,这也是大陆天文爱好者发现的首颗超新星。
2011年2月19日,星明天文台业余天文学家金彰伟与高兴发现超新星,2011aj。
2011年4月26日,星明天文台业余天文学家金彰伟与高兴发现超亮超新星,2011by,其极大值达到12.5星等,是2011年最亮的超新星,比较罕见。
2015年9月12日10时,合肥市五年级学生廖家铭通过新疆南山县星明天文台的望远镜,发现一颗疑似超新星,如果经光谱证实其确系超新星,10岁的廖家铭,将成为全球发现超新星年纪最小的人之一。
2016年1月,一支由中国科学家带领的国际团队或发现了有史以来最强大的超新星爆发。
1月14日,该团队在美国俄亥俄州立大学发布声明说,最新发现的这个超新星亮度是太阳的5700亿倍,比银河系中所有恒星加起来还要亮20倍。
视频介绍
众所周知,宇宙诞生于规模浩大的恒星爆炸之中。
然而,2019年10月,在中佛罗里达大学的一个实验室里,一帮科学家在一个相当简陋的环境中成功地重现了宇宙诞生的火焰—准确地说,是在一个2x2英寸的管子里。
科学家们认为,宇宙大爆炸是由超新星爆发引发的,但为了检验这个命题,研究人员首先假设爆震或冲击波是预先存在的。
发表在《科学》杂志中的这场10月份的实验,揭示了这场爆炸本身的起源,以及火焰是如何在被动燃烧状态中主动积聚能量,自发维持爆震,最终导致了大爆炸。
图解:宇宙大爆炸。
图源:Forbes
这是英特尔公司在2019年里20个关于太空最疯狂的发现中的第八个。
“我们都知道这场爆炸是存在的,问题在于它是如何突然从一个模式转换为另一个模式的,即从燃烧转为爆轰,这中间总是存在一个缺失的环节,”该大学的助理教授卡里姆•艾哈迈德(Kareem Ahmed)这样告诉《逆》杂志。
图解: 根据大爆炸理论,宇宙是由一个极紧密、极炽热的奇点膨胀到现在的状态。
这项研究是在一个2x2英寸的激波管中进行的,它可以在其中引发湍流。
这个激波管允许被动燃烧的火焰与高强度的湍流相互作用,直到它把自己引爆为止。
艾哈迈德说: 从本质上讲,这个管子就像一把威力巨大的猎枪。
图解:研究人员在实验中完成了“宇宙小爆炸”。
图源:inverse
由此产生的爆炸很可能在关键机理上类似于我们所知的大爆炸,即超新星爆炸,尽管规模要小得多。
追溯宇宙大爆炸的引爆点有助于科学家们解答另一个谜题:宇宙的年龄有多大?
“现在你可以利用这个原理来追溯那次大爆炸,”艾哈迈德说。
“从更深的层面讲,在引爆点之外,那场大爆炸是如何发生的,这就回到了关于点燃爆炸的那根蜡烛的问题。
”
图解:艺术家绘制的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)采集数据的景象
随着2019年进入尾声,《逆》将盘点今年最疯狂的20个太空发现。
它们有的令人敬畏,有的类似于科幻故事,还有的故事只能是用疯狂来形容。
该文是关于第8个太空发现。
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相关知识延伸阅读
大爆炸又称大霹雳(英语:Big Bang),是描述宇宙的源起与演化的宇宙学模型,这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。
宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的。
图解:哈勃超深空场描绘了远古时代的星系图景,根据大爆炸理论,它们处于一个更年轻、更致密且更炽热的宇宙。
根据2015年普朗克卫星所得到的最佳观测结果,宇宙大爆炸距今137.99 ± 0.21亿年,并经过不断的膨胀到达今天的状态。
图解:描述宇宙膨胀的艺术构想图,其中横坐标表示宇宙演化的时间,而对应的空间尺寸(包括想象中的不可观测部分)都用相应的圆横截面表示。
左端表示在暴胀时期发生的急速膨胀(注意不成实际比例),而当宇宙演化到中期时开始加速膨胀。
而微波背景辐射的形成、恒星形成、星系形成以及WMAP的出现都在相应的时间上表示出来。
图片来自2006年的WMAP新闻发布会。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. fitz- inverse- Passant Rabie
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