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為什麼科學家很少觀測到恆星在星系中爆炸?

2021-09-04由 首席科普館 發表于 母嬰

大質量恆星的死亡是宇宙中最明亮、最強大的爆炸,這很難錯過。然而,在宇宙遙遠部分觀察到的這些爆炸的數量遠低於天體物理學家的預測。

為什麼科學家很少觀測到恆星在星系中爆炸?

一項使用美國宇航局最近退役的斯皮策太空望遠鏡資料的新研究報告發現了五顆超新星,這些超新星在光學光線下未被發現,以前從未見過。斯皮策用紅外光觀察宇宙,紅外光穿透阻擋光學光的塵埃雲——我們眼睛看到的那種光,以及無遮攔的超新星發出的最明亮的光。

為了尋找隱藏的超新星,研究人員觀察了斯皮策對40個塵埃星系進行了觀測。根據他們在這些星系中發現的數量,研究證實超新星確實像科學家預期的那樣頻繁出現。這一期望是基於科學家目前對恆星如何演化的理解。像這樣的研究是必要的,可以透過加強或挑戰某些方面來改善這種理解。

為什麼科學家很少觀測到恆星在星系中爆炸?

斯皮策的這些結果表明,人類長期以來用來探測超新星的光學巡天忽略了宇宙中發生的恆星爆炸的一半。“超新星差異”——即預測的超新星數量與光學望遠鏡觀測到的數量之間的不一致——在附近的宇宙中不是問題。在那裡,星系減緩了恆星形成的速度,而且通常塵埃較少。然而,在宇宙更遠的地方,星系顯得更年輕,以更高的速度產生恆星,並且往往含有更多的塵埃。這種塵埃吸收和散射光學和紫外線,阻止它到達望遠鏡。因此,研究人員長期以來一直推論,失蹤的超新星一定存在,只是看不見。

為什麼科學家很少觀測到恆星在星系中爆炸?

由於本地宇宙自其早期恆星形成以來已經平靜了一些,我們透過典型的光學搜尋看到了預期的超新星數量。 然而,觀察到的超新星探測百分比會下降,因為你離得越來越遠,回到塵土飛揚的星系占主導地位的宇宙時代。

在這些遠距離探測超新星可能具有挑戰性。為了搜尋籠罩在更陰暗的銀河系範圍內但距離不太遠的超新星,研究人員選擇了本地的 40 個塵埃阻塞星系,稱為發光和超發光紅外星系(分別為 LIRG 和 ULIRG)。LIRGs 和 ULIRGs 中的塵埃吸收來自超新星等天體的光學光,但允許來自這些天體的紅外光不受阻礙地穿過,以便像斯皮策這樣的望遠鏡探測到。

為什麼科學家很少觀測到恆星在星系中爆炸?

當五顆前所未見的超新星出現在紅外光下時,研究人員的預感被證明是正確的。這證明了斯皮策望遠鏡能夠從這些塵土飛揚的星系中接收到隱藏的超新星訊號,這證明了斯皮策的發現潛力。

斯皮策探測到的超新星型別被稱為“核心坍縮超新星”,涉及質量至少是太陽八倍的巨星。當它們變老並且它們的核心充滿鐵時,大恆星不再能夠產生足夠的能量來承受它們自身的引力,它們的核心會突然而災難性地坍塌。

快速塌陷過程中產生的巨大壓力和溫度透過核聚變形成了新的化學元素。坍塌的恆星最終從它們超高密度的核心反彈,將自己炸成碎片並將這些元素分散到整個空間。超新星會產生“重”元素,例如大多數金屬。這些元素對於建造像地球這樣的岩石行星以及生物是必不可少的。總體而言,超新星發生率是對恆星形成和宇宙中重元素產生模型的重要檢查。

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