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国家天文台等测量出非辐射性激波中尘埃的摧毁比例

科界 12月02日

内容来源:中国科学院

中国科学院国家天文台天体物理综合团组研究人员朱辉、田文武与哈佛史密松森天体物理中心研究员P. SlaneJ. Raymond合作,直接测量出非辐射性激波中尘埃的平均摧毁比例,证明激波中尘埃的摧毁效率被明显低估了。该结果发表在国际天文期刊《天体物理杂志》上(ApJ, 2019, 882, 135)。

尘埃,顾名思义就是星际介质中的一类微小固体颗粒。虽然它只占星际介质总量的百分之一,但在分子云冷却、复杂分子形成、维持弥散星际介质温度等方面,都起到至关重要的作用。尘埃的形成场所包括:(1)脱离主序后中小质量恒星的外向流和星风(AGB 恒星+行星状星云);(2)超新星爆发后的抛射物;(3)尘埃在星际介质中的再生长。对于银河系,尘埃主要来自于过程(1)和(3),其中过程(3)占主导作用。对于红移大于6的星系(尘埃质量大于10^8太阳质量),情况变得复杂起来。在那时,中小质量恒星还没有脱离主序,过程(1)对尘埃增长的贡献很小。新生成的尘埃只可能来自于过程(2)和(3)。估计激波中尘埃的摧毁比例,对研究高红移星系尘埃增长过程异常重要,这是因为当激波摧毁的尘埃量大于超新星抛射物中尘埃的形成量时,超新星对尘埃增长的贡献就是负的,高红移尘埃应该由再生长过程(3)产生。

在以往对激波摧毁尘埃的研究中,常用的思路是考虑激波后尘埃本身的质量是如何变化的。因此,计算得到的尘埃摧毁比例受到尘埃尺寸分布,物理结构和摧毁反应截面等参数的影响。不同作者得到的数值之间往往会有有很大的不同。在本工作中,研究人员将研究尘埃质量的变化,转换为研究气体中重元素质量的变化(气体质量增加量等于尘埃摧毁量)。由此避免了上面提到的问题,可以通过谱线诊断,直接给出尘埃的摧毁比例。

将上述方法应用到大麦哲伦云中的16个超新星遗迹,研究人员发现硅丰富尘埃的摧毁比例为约61%,铁丰富尘埃的摧毁比例为约40%。硅丰富尘埃的摧毁比例要高于理论值。同时硅和铁丰富尘埃的摧毁比例不同也表明硅酸盐尘埃是镁丰富的,而不是铁丰富的。

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1:通过比较激波前后重元素的丰度变化,可以给出它们所属尘埃的摧毁比例。激波前元素丰度由早型B型星示踪。激波后元素丰度由X射线谱线诊断得到。

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2:观测到的尘埃摧毁比例与理论值的比较,表明尘埃的摧毁比例被理论模型低估了。

天体物理 尘埃

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