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阿尔玛望远镜发现超新星1987A生成中子星的迹象

2020年08月07日 海洋宇宙

两个国际研究团队通过阿尔玛望远镜进行观测并开展理论分析,发现1987年出现的超新星1987A生成了中子星的可能性。如果这个分析是正确的,呢么这将成为迄今为止发现的最年轻的中子星。

超新星1987A出现于1987年2月的恒星大爆炸,这种大爆炸通常是巨大恒星在星体最后时刻发生的。理论上认为,超新星爆炸后会留下名为“中子星”的超高温高密度天体。日本的实验装置“超级神冈探测器”检测出了此次爆炸产生的中微子,因此可以确定产生了中子星而非黑洞。所以,超新星1987A出现后,很多研究人员都在寻找中子星,但此前一直未发现确凿的证据。

阿尔玛望远镜2014年发现,超新星1987A发生的地点存在尘埃。英国卡迪夫大学的菲尔·西根和松浦美香子等人组成的研究团队利用阿尔玛望远镜,以更高的分辨率观测了这些尘埃。由此发现,超新星1987A发生地点的中心附近存在温度比周围更高的尘埃团块。该地点与预测存在中子星的地点一致。

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利用阿尔玛望远镜进行超高分辨率观测发现的温度比周围高的尘埃团块(左)。右图中的红色部分是阿尔玛望远镜通过电波捕捉到的冷气和尘埃分布。绿色部分是哈勃太空望远镜拍摄的可见光,蓝色部分是钱德勒X射线望远镜捕捉到的X射线的扩散情况,环状结构表示超新星爆炸产生的冲击波向宇宙空间传播,边与周围的物质碰撞边扩散的情形。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Cigan and R. Indebetouw; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/ESA

松浦说:“超新星残骸的中心有由尘埃形成的温热厚重的星云,这令人非常吃惊。尘埃变热并释放电波表明内部肯定有热源。我们认为其中可能隐藏着中子星。”

研究团队为这一发现兴奋不已,但觉得尘埃团块的亮度有点奇怪。松浦说:“感觉作为中子星来说似乎过于明亮。恰好此时丹尼·佩奇等人发表了一篇论文,指出如果是非常年轻的中子星,可能会有这种亮度。”

丹尼·佩奇是墨西哥国立自治大学的天体物理学家,自超新星1987A出现以来就一直在进行研究。他说:“发生超新星爆炸时,我还是研究生院的一名博士在读生。超新星1987A是我人生中最大的事件之一,从此我的研究方向便转向了解开超新星1987A的谜团。”

佩奇等人的理论研究支持松浦等人的阿尔玛望远镜观测结果的解释。也就是说,中子星使尘埃团块变热。佩奇表示:“虽然超新星爆炸是复杂的现象,中子星内部也处于极限状况,但检测出温热的尘埃团块证明一些理论预测是正确的。”

理论预测是关于中子星的位置和温度的。超新星爆炸的模拟实验预测,随着超新星爆炸,中子星被以每秒数百公里的速度弹出去。阿尔玛望远镜发现的温热尘埃团块位于稍微偏离周围的环状中心的位置,这与爆炸后30多年来中子星一直在高速移动的预测结果一致。关于温度,预计超新星爆炸后不久中子星的温度即达到500万度,这足以解释通过观测推测的尘埃温度。

中子星是超高温超高密度的天体,直径被认为约为25公里。1茶匙的重量相当于纽约市所有建筑物的总重量。如果超新星1987A生成了中子星,那么该中子星只有33岁,将成为迄今为止发现的中子星中最年轻的。其次是位于超新星残骸“CASSIOPEIAA”中的中子星,年龄为330岁。

如果能直接观测到中子星,就可以证明此次的研究结果的准确性。不过,中子星目前被超新星残骸的尘埃和气体包围着,无法直接观测到。尘埃和气体应该还需要几十年的时间才能消散。

美国国家射电天文台及弗吉尼亚大学的雷米·英迪贝托表示:“阿尔玛望远镜不断提高性能和数据处理能力,并持续观测超新星1987A发生的地点,这才有了此次的发现。”

论文信息
ALMA observation of the “blob”: “High Angular Resolution ALMA Images of Dust and Molecules in the SN 1987A Ejecta”, by P. Cigan et al., The Astrophysical Journal.
Theoretical study favoring a neutron star: “NS 1987A in SN 1987A”, by D. Page et al., The Astrophysical Journal.

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部

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