作者:李志远等 来源:《科学》 发布时间:2015/3/28 12:50:50
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星际尘埃或来自超新星
为宇宙早期尘埃来源假设提供有力证据

 

 超新星爆发  图片来源:NASA、ESA

新的观测结果证实,星际尘埃可能来自于超新星爆发——这一假设之前一直在学术界存在争议。

宇宙大爆炸提供了一个充满原始气体——大部分是氢气——的宇宙,并从这里诞生了第一批恒星与星系。

天文学家在回顾这些早期星系的时候发现了许多星际尘埃的痕迹,然而却一直苦于无法确定到底是什么形成了这些尘埃。星际尘埃是分散在星际气体中的固态小颗粒。尘埃的物质可能是由硅酸盐、石墨晶粒以及水、甲烷等冰状物所组成。

某种程度上,宇宙万物最初都来自星际尘埃。而最初的尘埃又来自哪里?主流观点是走到生命终点的大质量恒星(即超新星)爆炸中合成的。但问题在于,超新星爆发会释放巨大的能量,对于刚合成的尘埃来说就好比一个“熔炉”,人们一直不清楚由超新星产生的尘埃能否挺过高达上百万摄氏度的“熔炉”的熔炼。

科学家发现,在恒星内部,氢核融合为一些更重的元素,而这正是产生星际尘埃所必需的。大量的模型显示,是超新星产生了这些星际尘埃,并在一个被称为超新星遗迹的不断扩大的物质球体中被喷发到了太空深处。

但是这里存在一个问题——当一个扩张的超新星遗迹遇到恒星之间较冷却的气体(被称为星际介质)时,它会产生一个冲击波,进而通过超新星遗迹向内传播,这便有可能打破尘埃粒子。

天文学家对最近的超新星爆发进行的观测显示,上述过程破坏的星际尘埃可能比它们产生的星际尘埃还要多。

如今,一个天文学家小组利用安装在一架波音747飞机上的望远镜——红外天文学平流层观测器(SOFIA),对位于银河系中心附近一个具有1万年历史的超新星遗迹——名为人马座A东——进行了研究。

研究人员得出结论,在这一超新星遗迹最初所产生的星际尘埃中,有7%到20%的尘埃最终在冲击波后幸免于难。

美国康奈尔大学和中国南京大学等机构的研究人员在最新出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

研究人员指出,如果真是这种情况,早期宇宙中的混乱不堪或许可以归咎于超新星爆发。

参与研究的南京大学天文与空间科学学院李志远教授向媒体表示,这些尘埃的质量相当于太阳的百分之二,足以再造7000个地球。

李志远认为,这是一个“令人惊讶”的发现,因为此前人们从来没有在年老的超新星遗迹中探测到尘埃。他说,这一工作为宇宙早期尘埃来源的假想,从实证的角度提供了一个有力的支持。

SOFIA是美国和德国航天机构共同出资建造与运行的红外观测设备,为降低地球大气中水分子对其的影响,该设备搭载在波音747飞机上,在平流层高度进行观测。“更通俗地说,我们利用一个距离地面高度1.4万米、飞行速度约为每小时1000公里的仪器观测了距离我们太阳系大约2.7万光年的目标。”李志远说。

超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月(一般最多是两个月)才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散,并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构,这被称作超新星遗迹。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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