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當被稱為Ia型超新星的恆星災變在宇宙深處爆發時,它們的亮度和一致性使天文學家能夠將它們用作所謂的標準燭光來測量宇宙距離。就在十多年前,兩個團隊利用超新星證明宇宙正在加速膨脹,這是由於暗能量的影響,這一令人震驚的發現將Ia型超新星推到了天體物理學的前沿。但是,這些宇宙里程碑究竟是如何產生的呢?
Ia型超新星源於被稱為白矮星的超高密度恆星遺骸的爆炸,但白矮星究竟是如何在熱核爆炸中被點燃的,這一點尚不清楚。傳統觀點認為,白矮星與另一顆恆星形成雙星系統,從其伴星吸取物質,體積不斷增大,直到無法支撐自身重量。一旦白矮星達到錢德拉塞卡極限,約為太陽質量的1.4倍,它就會收縮並在劇烈爆炸中爆發。
但是,一項新的研究提出了證據,表明至少對於一種星系而言,雙星吸積模型不應是觀測到的Ia型超新星數量的主要貢獻者。Marat Gilfanov,德國加興馬克斯·普朗克天體物理研究所 (M.P.A.) 和莫斯科空間研究所的天體物理學家,與M.P.A. 研究生Ákos Bogdán一起研究了橢圓星系,尋找在吸積過程中預期產生的X射線。在2月18日出版的《自然》雜誌上發表的一項研究中,Gilfanov和Bogdán報告說,他們發現的X射線僅佔白矮星從鄰近恆星吸積物質時預期產生X射線的一小部分。(《大眾科學》是《自然》出版集團的一部分。)研究作者寫道,通往Ia型超新星的標準路徑應該產生觀測到的X射線的30到50倍,這表明吸積白矮星僅佔爆炸事件的不到5%。
Gilfanov說,當白矮星在數百萬年的時間裡從雙星伴星中吸取富含氫的物質時,它的表面會經歷穩定的核聚變過程,釋放出大量的輻射。這種輻射應該可以在X射線波段檢測到,儘管星際氣體和塵埃會吸收一部分。這就是為什麼研究人員專注於橢圓星系的原因,因為橢圓星系比螺旋星系和不規則星系具有更少的遮蔽物質。Gilfanov說,他們現在正在研究表徵其他星系型別(例如我們銀河系的螺旋星系表親)中的Ia型超新星前身。
Andrew Howell,加利福尼亞州聖巴巴拉市拉斯昆布雷斯天文臺全球望遠鏡網路的 staff scientist,表示Ia型超新星的替代起源越來越引人注目。Howell說:“多年來,越來越多的證據表明,經典範例,即單簡併情景,不足以解釋我們看到的所有Ia型超新星。”目前最受青睞的替代方案是所謂的雙簡併情景,其中兩個白矮星鎖定在一個雙星系統中,螺旋向內併合並,從而引發爆炸。這種爆炸比單顆爆炸的白矮星有更多的燃料可以燃燒,可能解釋了某些明亮的超新星,這些超新星似乎是由質量高於錢德拉塞卡質量的物體提供能量的。
Howell說,這些合併不太受歡迎,因為在三維計算機模型中很難使它們起作用,儘管最近的工作已經帶來了希望。他說:“大自然告訴我們這些合併正在發生,但我們還不夠聰明,無法弄清楚這是如何發生的。”
使用Ia型超新星進行宇宙距離測量並不十分依賴於瞭解它們的爆炸機制,因此這項新研究不會取代暗能量作為宇宙中被廣泛接受的組成部分。但是Howell指出,隨著天文學家觀察到更遠的宇宙,以及更久遠的時間,超新星亮度的混合會發生變化。瞭解爆炸的前身星可能有助於揭示它們在宇宙時間中的演化。
Gilfanov說,解決Ia型超新星的潛在天體物理學問題將有助於使標準燭光測量更加精確。他說:“如果我們想將宇宙學引數的測量不確定性從10%降低到1%”,天文學家需要更好地理解白矮星為什麼會以超新星的形式爆炸。Gilfanov說:“暗能量不會消失,標準燭光的概念也不會消失。它只是讓我們更好地理解並擁有一套更好的工具。”