使用詹姆斯韦伯太空望远镜研究超新星作为宇宙中重元素的来源

使用詹姆斯韦伯太空望远镜研究超新星作为宇宙中重元素的来源

天体物理学家使用詹姆斯韦伯太空望远镜研究超新星作为宇宙中重元素的来源

詹姆斯韦伯太空望远镜的插图。 图片来源:NASA 戈达尔太空飞行中心/Adriana Manrique Gutierre 的概念图像实验室

在 1980 年的畅销书《宇宙》中,卡尔·萨根 (Carl Sagan) 写道,是什么造就了我们:“地球上的所有元素,除了氢和一些氦,已经在数十亿年前通过一种恒星炼金术在恒星中煮熟,其中一些在今天已经不显眼银河系另一边的白矮星。我们DNA中的氮,我们牙齿中的钙,我们血液中的铁,我们苹果派中的碳,都是在坍缩的恒星内部产生的。我们是由“星星。’”

弗吉尼亚理工大学物理系天体物理学助理教授 Chris Ashall 想更多地了解这种“星际物质”的制造地点和方式。

本周,阿歇尔开始使用美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜收集有关爆炸垂死恒星或超新星中存在重元素的数据。 由于詹姆斯韦伯位于巴尔的摩的任务操作中心将命令传递给遥远的望远镜以收集对 Ashall 所针对的超新星的观测结果,他在弗吉尼亚理工大学的团队将与来自世界各地的 30 多名其他科学家一起研究收集到的数据,作为 Mid- Ashall 领导的 Infrared Supernova Collaboration。

Ashall 是在任务的第一个周期中选择使用望远镜进行两个项目的少数科学家之一。 这些项目将研究两种类型的超新星:Ia 型超新星(描述爆炸的碳氧白矮星)和核心坍缩超新星。

“我们周围的几乎所有东西都来自垂死的恒星,”阿歇尔说。 “我们是由星尘组成的。能够详细研究这个事实——我们是由什么组成的——并了解我们周围的元素来自哪里,真是太神奇了。”

恒星通过恒星核合成过程产生重元素。 随着恒星燃烧、死亡和爆炸,它们内部会发生热核反应。

阿歇尔说,超新星是宇宙中温度最高、密度最高的地方之一。 恒星中的物质不断燃烧,形成越来越重的元素,从氢到氦,从氦到碳,从碳到氧等等,从元素周期表一直到铁。

当恒星最终​​爆炸时,它们会将所有这些物质以高达光速 30% 的速度抛回宇宙中,以制造下一代恒星和行星。 “这就是地球和我们周围的一切都可以拥有所有这些重元素的方式,”阿歇尔说。 “它们是由垂死的星星制成的。”

人们普遍认为,宇宙中的大多数重元素都是通过恒星核合成产生的,但 Ashall 想知道更多——追踪特定元素到超新星的种类,并测量这些元素是在什么水平上由星星。

在他的第一个项目中,Ashall 将通过将詹姆斯韦伯望远镜特别聚焦在一颗 Ia 超新星上来寻找地球上常见的元素,例如锰、铬、钴和镍:一颗名为 SN2021aefx 的第三代白矮星,它爆炸了一年前在螺旋星系NGC1566,也被称为西班牙舞者。

“在它爆炸一年后,你可以直接看到超新星的中心,”阿歇尔说。 “这就是所有这些高密度燃烧发生的地方。核合成只发生在几秒钟内,但我们在爆炸一年后看到了中央高密度区域。”

Ashall 将使用望远镜收集 SN2021aefx 内部元素的成像和光谱数据。 根据美国宇航局的说法,光谱学涉及观察材料在与光相互作用或发光时产生的光谱,方法是将光分解成其成分颜色。 “光谱学告诉我们不同的元素线,”阿歇尔说。 “如果有一条线,我们就知道元素就在那里。”

NASA 的新望远镜是第一个能够收集 Ashall 所需数据的望远镜。 阿歇尔说,詹姆斯韦伯可以观察到哈勃望远镜无法观察到的波长范围。

他说:“哈勃主要可以在紫外、光学和近红外中观察一点点,但詹姆斯韦伯是在近红外和中红外中观察的。” “它为天体物理学打开了一个全新的波长窗口。”

Ashall 的第二个项目将专注于探测核心坍缩超新星中的一氧化碳和一氧化硅,它们也是宇宙中生命的基石。 核心坍缩超新星是质量超过太阳质量八倍的垂死恒星。 阿歇尔说,超新星的名字来源于发生的那种爆炸:当这颗大质量恒星死亡时,它会自行坍缩,并产生比太阳亮 1000 亿倍以上的爆炸。

利用詹姆斯韦伯太空望远镜的观测结果,阿歇尔不仅要寻找重元素的来源,还要研究它们何时被爆炸的超新星喷出。 他的团队将通过将数据与爆炸的计算机模拟配对来研究超新星如何爆炸。

“当我们测量这些线时,我们可以计算出爆炸的速度,”阿歇尔说。 “那么我们将了解这些元素被扔到宇宙中的速度有多快。”

从单一的 Ia 型超新星开始,Ashall 希望建立一个不同种类超新星的样本,以生成关于它们作为元素制造者角色的有意义的统计数据。 他对他们会发现的一切持开放态度。

“如果我们没有发现这些元素来自超新星,那么我们必须重新评估我们对恒星如何死亡以及这些元素如何释放到宇宙中的了解,”阿歇尔说。 “无论哪种方式都很有趣。”


较重的恒星可能不会像超新星一样爆炸,只是悄悄地内爆成黑洞


由弗吉尼亚理工大学提供

引文:使用詹姆斯韦伯太空望远镜研究超新星作为宇宙中重元素的来源(2022 年 10 月 20 日),2022 年 10 月 20 日检索自 https://phys.org/news/2022-10-james-webb-space-telescope-超新星.html

本文件受版权保护。 除出于私人学习或研究目的的任何公平交易外,未经书面许可,不得复制任何部分。 内容仅供参考。


#使用詹姆斯韦伯太空望远镜研究超新星作为宇宙中重元素的来源

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

黑猩猩和人类一样同步他们的步伐 Previous post 黑猩猩和人类一样同步他们的步伐
美国宇航局的补给任务将科学实验带到空间站——抛物线 Next post 宝马在德国工厂测试氢燃烧器,扩大电池装配线