東漢神秘客星謎解 空洞區發生Ia型超新星爆炸

生活中心/台北報導

一個近2000年的謎,古中國天文學家的超新星目擊紀錄,現代天文學家終於解開了。利用史匹哲太空望遠鏡和廣角紅外巡天探測器(WISE)的觀測結果,天文學家呈現這個第一個有歷史紀錄超新星如何發生,以及如何以超快的速度擴張到現在這個規模。

美國北卡羅萊納州立大學天文學家布萊恩 J.威廉斯(Brian J. Williams)等人研究認為,這場超新星爆發剛好發生在一個中空的地區,讓拋出的物質向外的速度愈來愈快,以致現在超新星殘骸的規模遠超過應有的程度,比原預期的還大2至3倍,比滿月面積還大。

中國天官在西元185年12月7日,東漢中平二年乙丑,注意到相當於現代圓規座的天上出現一顆「客星」,在天空照耀了8個月之久。《後漢書·天文志》載:「中平二年(185年)十月癸亥,客星出南門中,大如半筵,五色喜怒,稍小,至後年六月消」。

1960年代的科學家確認這個神秘客星是第一顆有歷史紀錄的超新星。稍後,科學家又確認RCW 86就是這顆超新星的殘骸,距離地球約8000光年,直徑約為85光年左右。然而在這之後,科學家卻覺得相當疑惑:如果RCW 86真的是西元185年的超新星殘骸,那麼以只有2000年的擴張時間而言,這個幾近圓形的殘骸也未免太大了點。

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經由史匹哲、WISE,以及先前錢卓和XMM-Newton等衛星的X射線資料,科學家發現它是Ia型超新星爆發事件,是顆像我們太陽的恆星,在生命終點時核心部分形成白矮星,但之後因這顆白矮星奪取伴星物質以致發生爆炸。

不過,這些天文學家最驚訝的是發現白矮星居然可以在爆炸之前,在它周圍製造出一個空洞。威廉斯等人測量RCW 86殘骸中的塵埃溫度,約為攝氏-200度左右;然後再藉此計算殘骸中需要多少氣體才能讓塵埃加熱到這種溫度。結果發現在超新星殘骸向外擴張的絕大部分過程中,氣體密度都非常低,基本上,這裡就是個幾乎沒什麼物質的空洞區。所以,不像其他超新星爆發的周圍環境通常有氣體塵埃阻擋,當這個超新星爆炸發時,向外拋射的物質完全不受任何阻力,因此向外擴張得非常快。

為了解釋擴張如此快速的現象,天文學家原本認為RCW 86是核塌縮式的超新星爆發(II型超新星),即大質量恆星演化到末期時,核心因重力猛烈向內塌縮的反彈力所引起的劇烈爆炸。雖然當時已經看到超新星殘骸中有空洞現象,不過一般認為這種空洞只與核塌縮超新星爆炸有關,因為這類事件在爆炸之前,大質量恆星的強烈恆星風已會將周圍的物質吹開而留下空洞。

但根據錢卓和XMM-Newton的X射線資料卻不支持II型超新星爆發,因為殘骸中含有濃度很高的鐵,這是Ia型超新星的特徵。結合紅外波段的觀測後,在空洞區發生Ia型超新星爆炸的想法才於焉誕生。對於能解決2000年的宇宙之謎,這些現代天文學家都很高興,這項研究也顯示結合多波段觀測來進行研究能解決許多懸宕已久的問題,在對現代天文研究而言是非常必要的。(圖、文/引用自臺北天文館之網路天文館網站)

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