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超新星令人震惊的第二幕

科学家们发现了是什么驱动着来自第谷超新星的高能X射线爆发。

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第谷超新星遗迹是一颗爆炸的白矮星所遗留下来的。它仍然在高能(蓝色)和低能(红色)X射线中发光。钱德拉X射线天文台/美国宇航局

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天文学家第谷·布拉赫知道天空中几乎每一颗星星的位置。但在1572年11月的一个夜晚漫步回家时,他看到了一种奇怪的新光。现代天文学家现在知道,这颗新星实际上是一颗超新星。450年后,它的遗迹像烟花一样逐渐消失,不再可见。然而,由于一种秘密的能量来源,它仍然以几乎与其年轻时一样明亮的X射线发光。

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当一颗巨大的恒星爆炸时,星尘的喷射与星际气体碰撞,形成向外扩散的冲击波。冲击波将其周围环境加热到数十亿度,留下一道耀眼的光芒。几个月内,随着等离子体扩散和冷却,低能量的可见光会逐渐变暗。

高能X射线也应该逐渐消失。但是,正如现在被称为第谷超新星遗迹所展示的那样,在它的能量应该耗尽数百年后,仍然有某种东西在驱动着辐射之火。

天文学家们已经推测过,但从未亲眼目睹过这种遗迹燃料的补充,直到去年11月,哈佛-史密森天体物理中心的山口博哉在遗迹的X射线中发现了一种奇怪的特征:冷的铁原子聚集在它们狂热的铁族亲戚的环内。山口博哉意识到,当超新星爆炸最初撞击到冷的星际气体时,这种冲击不仅产生了一个,而且产生了两个冲击波:一个继续进入太空,另一个是反冲。

这第二个波以声音速度的1000倍的速度向着现在已经死亡的恒星方向传播,超高温加热着沿途的铁原子。正是这种超高速超高温加热铁导致了X射线辐射的发射。“我们知道这个过程一定会发生,”山口博哉的合作者兰德尔·史密斯说,“但我们以前从未真正见过它。我们不知道它是如何运作的,在哪里,或何时运作的。”

反向冲击波将继续超高温加热冷的铁原子,最终将在未来几百年内到达遗迹的核心。到那时,佩戴X射线探测护目镜的天文学家,在一个傍晚漫步回家时,也许能够仰望天空,看到与布拉赫在婴儿期观察到的同一颗超新星的死亡之光。

[本文最初以“超新星的惊人第二幕”为标题发表在印刷版上。]

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