韦伯太空望远镜在两颗超新星中发现尘埃贮藏室
2023-08-19 08:54:57
来源：cnBeta
使用美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的研究人员在确认早期星系尘埃来源方面取得了重大进展。对两颗II型超新星--超新星2004et（SN 2004et）和超新星2017eaw（SN 2017eaw）--的观测发现，这两颗天体的喷出物中都含有大量尘埃。研究人员发现的质量支持了超新星在为早期宇宙提供尘埃方面发挥关键作用的理论。
美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）的中红外成像仪（MIRI）拍摄的图像揭示了两颗II型超新星--超新星2004et（SN2004 et）和超新星2017eaw（SN 2017eaw）--内的大量尘埃，这两颗超新星位于螺旋星系NGC 6946中，距离地球2200万光年。在这些超新星周围发现的大量尘埃支持了这样一种理论，即超新星在为早期宇宙提供尘埃方面发挥了关键作用。
SN 2004et 在本图的左侧面板中突出显示，SN 2017eaw 在右侧面板中突出显示。韦伯超高的灵敏度和中红外观测能力使它能够探测到在垂死恒星爆炸后的内部冲击中幸存下来的较冷尘埃。在这些图像中，蓝色代表较热的尘埃，红色代表较冷的尘埃。
(资料图)
资料来源：NASA、ESA、CSA、Ori Fox（STSCI）、Melissa Shahbandeh（STSCI）、Alyssa Pagan（STSCI）
尘埃是我们宇宙中许多东西--尤其是行星--的基石。当来自垂死恒星的尘埃在太空中扩散时，它所携带的基本元素有助于孕育下一代恒星及其行星。几十年来，这些尘埃从何而来一直困扰着天文学家。宇宙尘埃的一个重要来源可能是超新星--垂死恒星爆炸后，其剩余气体膨胀并冷却，从而产生尘埃。
"这种现象的直接证据到目前为止还很少，我们的能力迄今为止只能研究一颗相对较近的超新星--距离地球17万光年的超新星1987A--中的尘埃群，"领衔作者、约翰-霍普金斯大学和马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的梅丽莎-沙班德（Melissa Shahbandeh）说。"当气体冷却到足以形成尘埃时，只要有足够的灵敏度，就只能在中红外波段探测到尘埃。"
对于比SN 1987A更遥远的超新星，比如SN 2004et和SN 2017eaw，它们都位于大约2200万光年外的NGC 6946中（见上图），只有通过韦伯的中红外仪器（MIRI）才能获得这种波长覆盖和高灵敏度的组合。
这张由韦伯的中红外热像仪（MIRI）拍摄的 NGC 6946 图像突出显示了两个超新星--SN 2004et 和 SN 2017eaw，图像中显示了罗盘箭头、比例尺和供参考的色键。
向北和向东的罗盘箭头表示图像在天空中的方位。刻度线标注为 2,600 光年。
这幅图像显示的是不可见的中红外光波长，已被转换成可见光颜色。色键显示了收集光线时使用了哪些 MIRI 滤光片。每个滤光片名称的颜色就是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。在这些图像中，韦伯的 MIRI 数据在 10、11.3、12.8 和 15.0，以及 18 和 21 微米（分别为 F1000W、F1130W、F1280W 和 F1500W，以及 F1800W 和 F2100W）处被分配为蓝色、绿色和红色。资料来源：NASA、ESA、CSA、Ori Fox（STScI）、Melissa Shahbandeh（STScI）、Alyssa Pagan（STScI）
自近十年前阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）望远镜在SN 1987A中探测到新形成的尘埃以来，韦伯望远镜的观测是超新星产生尘埃研究的首次突破。
他们研究的另一个特别有趣的结果不仅仅是探测到了尘埃，而是在超新星生命的早期阶段就探测到了大量尘埃。在 SN 2004et 中，科学家们发现了超过 5000 个地球质量的尘埃。
太空望远镜科学研究所的项目负责人奥拉-福克斯（Ori Fox）补充说："当计算我们在SN 2004et中看到的尘埃数量时，它可以与SN 1987A中的测量结果相媲美，而这仅仅是SN 1987A年龄的一小部分。这是自SN 1987A以来在超新星中探测到的最高尘埃质量。"
观测结果向天文学家表明，年轻而遥远的星系充满了尘埃，但这些星系的年龄还不足以让中等质量的恒星（如太阳）在衰老过程中提供尘埃。质量更大、寿命更短的恒星可能很快就会大量死亡，从而产生如此多的尘埃。
虽然天文学家已经证实超新星会产生尘埃，但有多少尘埃能在爆炸后的内部冲击中存活下来，这个问题一直悬而未决。在SN 2004et和SN 2017eaw生命的这一阶段看到如此多的尘埃表明，尘埃能够在冲击波中存活下来--这证明超新星是重要的尘埃工厂。
研究人员还指出，目前对质量的估计可能只是冰山一角。虽然韦伯望远镜让研究人员能够测量到比以往温度更低的尘埃，但可能还有一些未被发现的、温度更低的尘埃辐射到电磁波谱更远的地方，而这些尘埃仍然被最外层的尘埃所遮挡。
研究人员强调说，这些新发现也只是利用韦伯望远镜对超新星及其产生的尘埃进行新发现的研究能力的一个暗示，以及由此可以告诉我们有关这些尘埃产生的恒星的信息。
福克斯说："人们越来越热衷于了解这些尘埃也意味着爆炸恒星的核心是什么。在研究了这些特殊的发现之后，我认为我们的研究同行们将会考虑在未来用创新的方法来研究这些尘埃超新星。"
SN 2004et 和 SN2017eaw 是该计划五个目标中的第一个。这些观测是作为韦伯综合观测计划2666的一部分完成的。论文发表于7月5日的《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。
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