恒星爆炸冲击波中的原子到底有多热？

一个国际研究团队将NASA钱德拉X射线天文台对于超新星“SN1987A”的观测数据与模拟实验结果相结合，以测量恒星爆炸死亡时生成的冲击波中原子的温度。该图像将合成的X射线发射数据叠加到从模拟实验得来的密度图上。

一种测量恒星爆炸死亡过程中原子温度的新方法将帮助科学家们理解超新星爆炸所产生的冲击波。据“美国物理学网”（Phys.com）1月21日消息称，《自然·天文学》杂志同日刊发的一篇论文透露，一个包括美国宾夕法尼亚州立大学（Penn State）科学家在内的国际研究小组，将对地球附近一个超新星残留物——恒星爆炸后遗留下的天体结构——的观察数据与模拟实验结果相结合，以测量恒星周围缓慢移动的气体原子的温度。这些气体原子之所以高温，是因为爆炸时向外喷发的物质将它们加热。该研究小组分析了美国航天航空局（NASA）的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）对于邻近的超新星遗迹“SN1987A”的长期观测结果，并为描述该超新星而建立了数据模型。他们证实了，即使是尚未被研究的最重的原子，其温度也与它们的原子重量有关，而这就回答了一个长期存在的关于冲击波的问题，并提供了有关其物理过程的重要信息。

该论文共同作者、Penn State天文学和天体物理学教授David Burrows介绍道：“超新星爆炸现象及其遗留下的残骸为我们提供了一个宇宙实验室，从而使我们能够在地球上无法复制的极端条件下进行物理学探索。现代天文望远镜和仪器，无论是地面的还是太空的，都使我们能够对银河系和附近星系的超新星残骸进行详细的研究。一方面，我们使用世界上最好的X射线望远镜——钱德拉X射线天文台——对超新星遗迹“SN1987A”进行了常规观测；另一方面，我们还采用了模拟实验来解答长久以来关于冲击波的问题。”

像“SN1987A”这样的大质量恒星的爆炸死亡时会将星际物质以高达光速十分之一的速度向外推送，同时也将冲击波推入周围的星际气体中。研究人员们特别感兴趣的对象是激波前沿——超音速爆炸与环绕恒星的移动速度相对缓慢的气体之间的突变区域。激波前沿能够将这种缓慢移动的低温气体加热到数百万度，这一温度足以让该气体发射出从地球上可以探测到的X射线。

这个由意大利巴勒莫大学（University of Palermo）的Marco Miceli和Salvatore Orlando领导的研究小组测量了激波前沿背后不同元素的温度，这将增进人类对激波过程中物理效应的理解。他们预计，这些温度将与元素的原子重量成正比，尽管这些温度很难被精确地测量。在之前的研究结果中，关于这种关系产生了相互矛盾的结果，并且没能将具有高原子重量的重元素包括在其中。因此，该研究小组希望借助于超新星“SN1987A”来破解这个两难困境。

之前的“SN1987A”的数据模型通常只关注单一的观测结果，但在这项研究中，研究人员使用了三维数值模拟，将超新星从其形成到现在的演化过程纳入其中。通过将X射线观测结果与数据模型进行比较，研究人员能够在一个广阔的原子重量范围内准确测量出不同元素的原子温度，从而证明和确认这个能够预测星际气体中每种原子所能达到的温度的相互关系。Burrows解释道：“我们现在可以准确地测量硅和铁等重元素的温度，而且已经证明它们确实遵循这样的相互关系，即每个元素的温度与该元素的原子重量成正比。这一成果解决了一个在理解天体物理冲击波时所遇到的一个重要问题，并提高了我们对冲击波过程的认识。”

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编译：Jonathan 

审稿：三水 

责编： 唐林芳

期刊来源：《自然·天文学》

期刊编号：2397-3366

原文链接：

https://phys.org/news/2019-01-hot-atoms-star.html

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