爆炸恒星冲击波中的原子有多热？

对附近超新星SN1987A的一项新研究回答了一个长期争论。

一种测量恒星爆炸死亡过程中原子温度的新方法将有助于科学家了解超新星爆炸产生的冲击波。包括宾夕法尼亚州立大学科学家在内的一个国际研究小组的研究结合了对附近超新星遗迹的观察——恒星爆炸后留下的结构，以及对加热物质的模拟，用于测量低温恒星周围的气体原子。

研究小组利用美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台对附近超新星遗迹SN1987A的长期观测结果进行分析，建立了描述超新星的模型。研究小组证实，即使是最重原子的温度——目前尚未研究——也与它们的原子量有关，这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。描述这一结果的论文发表在《自然天文学杂志》2019 1 10月265438。

“超新星爆炸及其碎片为我们提供了一个宇宙实验室，使我们能够在地球上无法复制的极端条件下探索物理，”宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授、论文作者之一大卫·布伦斯(David bruns)说。“现代天文望远镜和仪器，无论是在地面上还是在太空中，都使我们能够对银河系和附近星系的超新星遗迹进行详细的研究。我们使用美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台对超新星遗迹SN1987A进行常规观测。钱德拉X射线天文台是世界上最好的X射线望远镜。钱德拉望远镜1999发射后不久，我们用模拟回答了关于冲击波的长期问题。

像SN1987A这样的大质量恒星的爆炸死亡，以高达十分之一光速的速度向外推动物质，将冲击波推入周围的星际气体中。研究人员对激波阵面特别感兴趣，即超音速爆炸和恒星周围相对缓慢移动的气体之间的突然变化。冲击波的前沿将这种缓慢移动的低温气体加热到数百万度——这一温度足以使气体发射出可以从地球上探测到的X射线。

布伦斯说:“这种转变类似于在厨房水槽中观察到的现象。当高速水流撞击水槽时，它平稳地向外流动，直到突然上升，变成湍流。”“在地球的大气层中，激波阵面被广泛研究，它们发生在一个非常狭窄的区域。但在太空中，冲击波的转变是渐进的，可能不会以同样的方式影响所有的元素原子。

意大利帕勒莫大学的马尔科·米塞利和萨尔瓦托勒·奥兰多领导的研究小组测量了激波阵面背后不同元素的温度，这将提高对激波过程物理学的理解。这些温度预计与元素的原子量成正比，但很难精确测量。先前的研究导致了关于这种关系的矛盾结果，并且没有包括具有高原子量的重元素。研究小组转向超新星SN1987A来解决这个问题。

超新星SN1987A位于附近的大麦哲伦星云中，这是自1604年开普勒超新星被发现以来，第一颗肉眼可见的超新星。它也是第一个用现代天文仪器详细研究的天体。1987年2月23日，它爆炸发出的光第一次到达地球。从那以后，人们观察到了各种波长的光，从无线电波到X射线和伽马波。研究小组利用这些观察建立了一个描述超新星的模型。

布伦斯说:“我们现在可以精确地测量硅和铁等重元素的温度，并且已经证明它们确实遵循每种元素的温度与该元素的原子量成正比的关系。”“这一结果解决了理解天体物理冲击波的一个重要问题，提高了我们对冲击波过程的理解。”