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超新星具有怎样的爆发机制,它与暗能量和宇宙膨胀有什么关联?

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online_member 发表于 2019-11-15 21:32:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
标题:超新星具有怎样的爆发机制,它与暗能量和宇宙膨胀有什么关联?
恒星生命演化末期经历的超新星爆发,为何可被运用于宇宙探索之中
在茫茫宇宙中,存在着各种不同的物质形态:小到宇宙尘埃、大到星系团。虽然,我们人类通过仪器可观测到的宇宙组成部分,仅占据了宇宙物质的极小一部分。但这并不妨碍像恒星这样的星体类型,可以在宇宙的演化中扮演重要角色。随着时间的递进,恒星也会跟随宇宙演化的脚步同步自己的生命进度条,而超新星便是恒星自身演化末期的一个特殊阶段。那么,超新星爆发的机制到底是怎样的,为何它与宇宙膨胀和暗能量存在关联?
超新星具有怎样的爆发机制,它与暗能量和宇宙膨胀有什么关联?20 / 作者:今早我梦醒了坎 / 帖子ID:54845,215846


什么是超新星-有氢吸收线的II型超新星应具备的条件
众所周知,宇宙中的所有天体都有其独立的生命演化周期,而身处其中的恒星自然也不会成为例外。恒星的一生会因为不同的属性特征而具有不同的演变方式,而超新星便是恒星这个群体中一部分恒星演化过程中的一个阶段。当恒星失衡坍缩导致中心冷却,足够大的恒星便会发生剧烈爆发,就好比是一颗恒星的“暴死”过程。
相对而言,超新星在星系中较为罕见,比如银河系也大约需要50年左右才会发生一次。而恒星的演化路径很大程度上都与其质量有关,比如我们的太阳便会因为没有足够的质量,而无法最终爆炸成超新星。简单来讲,恒星进入超新星状态必须满足这两个条件之一:要么,从附近邻居积聚物质的恒星,在失控后点燃了核反应;要么,恒星由于没有足够的核燃料,而在自己的引力作用下坍塌。
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事实上,对于初始质量和金属丰度不同的恒星而言,它们最终坍缩成的超新星类型也有所不同。而超新星光谱上不同元素的吸收线,则被科学家当作了超新星类型的主要划分依据,比如其中有氢吸收线的II型超新星。此类超新星要求恒星的质量应该处于太阳质量的8到15倍之间,以确保当其燃料耗尽的时候,仍可通过自身的质量和压力促使碳融合。
随着中心重元素的集聚,恒星的结构开始变得像洋葱一样出现了分层,而位置更靠恒星外部的元素,也变得越来越轻。恒星开始内爆的时间点,便始于其核心质量超过钱德拉塞卡极限之时。在这样的反应过程中,由于被高度加热的核心变得太密,以至于恒星的核心将内爆反弹了回来。于是,那些排入太空之中的恒星物质成为了超新星,而该反应过程最后的剩余物体,便是被我们叫做中子星的稠密星体。
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什么是超新星爆发-超新星爆发的机制是怎样的
简单来说,超新星爆发其实就是部分恒星生命末期会经历的剧烈爆发形式,当此类事件发生的时候,甚至可以照亮超新星所在的整个星系。而在此过程中所散发出的突发性强烈电磁辐射,则可以在该空间中持续数周、乃至数月的时间之后才会消失不见。那么,如此强大的超新星爆发事件,其背后到底蕴藏了怎样的爆发机制?
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我们可以这样具象的来进行能量对比,一颗超新星在爆发期间所产生的辐射量,几乎可以与我们太阳整个生命周期所释放出的总辐射量相媲美。或许你有所不知,即便是初级宇宙射线,其中也有很大一部分都来自于超新星,而在星系引力波的诸多来源中,超新星毫无疑问是其中最强大的一种。
早在20多年前,科学家们就通过对Ia型超新星的研究,了解到我们的宇宙膨胀速度并不是恒定不变的。与此同时,三位获得诺贝尔奖的物理学家,还从宇宙的膨胀正在加速这一现象,提出了暗能量的存在,这是一种至今仍充满神秘感的排斥力形式。
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那么,在威力如此强大的超新星爆发背后,到底蕴藏着一种怎样的机制,又会不会与我们地球上的引发爆炸机制类似?钱德拉X射线天文台隶属于NASA(美国国家航天局) ,而新的Ia型超新星残骸图像则由其捕获:红色部分的低能X射线,展示了因为超新星爆炸而不断扩散的碎片;而蓝色高能射线所显示的内容,则是高能电子的壳,也就是所谓的爆炸波。
为了深入了解这些宇宙深空中的超新星爆炸内部到底是如何工作的,科学家们使用了一种被称为DDT(临界爆燃-爆轰过渡)的新模型。从而通过化学火焰的模拟实验结果,以验证模型和结果的正确性,通过这项新的研究,或许可从很大程度上解决之前存在的诸多困惑。当然,研究的结果并没有让我们失望,当实验中由火焰产生的湍流高到一定程度的时候,位于IA型超新星中的DDT便会在此时自动被触发。
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简而言之,湍流加剧了反应过程,并导致了超新星爆炸,研究人员将可以驱动火焰自动产生湍流而发生爆炸的条件,定义成了一个关键标准。而且,科学家们已经确定,这样的过程并非热核爆炸特有。比如,空气中的氢气和甲烷在化学系统中,也具有相似的反应机制。你可能很难想象,当我们将其运用到地球上的生产工作时,还可以在提高发电率的同时,改进航天器的推进系统。
为了确定DDT足够全面的信息,科学家们还将在之后的研究中,在不同类型的爆炸场景中应用此次实验中的新模型。虽然,Ia型超新星在亮度这个层面上具有一定的相似性,但其中存在的一些细微差别,则可能对我们的计算产生一些影响。不管是在宇宙距离测算方面的利用,还是暗能量性质的探索,这样的研究工作都会给宇宙学和天体物理学带来特别深远的影响。
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Ia型超新星SN SCP-0401-最远的“标准蜡烛”星型爆炸
一直以来,Ia型超新星都是宇宙空间中最让科学家们关注的事件之一。正因为它们会散发出相对比较固定的光度,被当作宇宙“标准蜡烛”的它们,成为了计算宇宙距离的工具。比如,与地球相距100亿光年左右的超新星SCP-0401,虽然,哈勃太空望远镜早在2004年的时候就发现了它的存在,但其最终被确认却是在数年之后。通过可以捕获更多数据的新仪器,科学家们更全面的研究了其巨大而古老的恒星爆炸,更为我们解开了许多现有的宇宙谜团。
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而超新星SN SCP-0401的爆发时间,则发生在宇宙发生大爆炸之后的37亿年左右,如此古老的超新星本身就是可靠的宇宙学信息。在之后的时间里,这颗具有遥远特征的Ia型超新星,被科学家们称为“标准蜡烛”,并将其运用到宇宙膨胀速度和神秘暗能量性质的研究之中。不管是暗能量具有怎样的性质、暗能量的变化是否和时间有关,以及暗能量和宇宙膨胀之间存在着怎样的关联,都是促使我们研究超新星SN SCP-0401的源动力。
简而言之,超新星SN SCP-0401的出现,不仅为我们提供了测量超新星的实例,其足够遥远的时间距离,更记录下了这100亿年的宇宙膨胀史。当然,这样的超新星只代表了宇宙历史中的某个数据点,倘若要对暗能量在宇宙演化史上发挥的作用进行确认。那么,我们还需要研究出更多甚至比哈勃望远镜还要先进的探索仪器,以寻找更多和超新星SN SCP-0401一样古老的遥远天体。
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