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  据国外媒体报道,一组科学家通过使用钱德拉X射线天文望远镜对仙后座A(Cassiopeia A)进行了长期的观测后,绘制出超新星爆发遗迹中存留的元素分布图,以前所未有的详细程度揭示了大质量恒星在死亡之后内部物质随着殉爆而飘散于宇宙空间中的情景,显示了在原超新星爆发三百年后的残骸扩散层分布,揭示神秘力量推动内侧元素以更快的速度向外扩散。

超新星爆炸前内部元素的分布模式(不同的元素分别用不同的颜色区分)

  超新星遗迹中的元素分布,可以看到原来居于核心范围的铁元素明显出现了外翻(与上图相同的颜色代表相同的元素)

  图像中左边示意图显示了仙后座A超新星未发生爆炸前的内部构造分层,其中不同颜色所代表的是天体内部不同元素浓度简化示意图,位于核心位置的为铁元素,标记为蓝色,向外递增的为硫元素与硅元素集中层,标记为绿色,然后是镁元素、氖元素和氧元素,它们被标记为红色。在图像的右侧则是隶属于美国国家航空航天局的钱德拉X射线空间望远镜绘制的仙后座A超新星遗迹中的元素分布图,可以明显看出在使用相同配色方案的条件下,铁、硫以及镁元素在超新星遗迹中的分散状况。

  这些数据结果显示硫元素与硅元素在分布上相似,镁元素和氖元素的分布也有同样的吻合特征。根据相关的超新星爆发模拟推算,氧元素是残骸遗迹云中丰度最高的元素,而探测氧元素却是一件较为困难的事儿,这是因为氧离子在超新星遗迹中的极为容易被沿着视线方向的气体所吸收。

  然而,在钱德拉X射线天文台所绘制的超新星遗迹元素分布图中较为清楚地显示出扩散云中含有大量的铁元素,根据原超新星爆发物质扩散理论模型分析,铁元素原本是居于最内侧,现在却处在爆发后残骸扩散云的最外边缘。更加出人意料的是,没有任何X射线或者红外观测数据显示在残骸扩散云中央存在铁元素,这就意味着,恒星最内侧的铁元素分布层在经历超新星爆发后却鬼使神差般被某种神秘的力量“推至”残骸扩散云在最外层,说明其最内侧在超新星爆发时存在一个更大的外推力量,将原先处于核心的物质转移到最外侧。

  此外,大部分的硅元素和硫元素,以及镁元素被观测到仍然存在于残骸扩散云中较为靠近外侧的区域。对X射线的观测由钱德拉X射线空间天文台担任,而红外波段的观测数据由斯皮策红外空间望远镜执行,前者对仙后座A的观测时间达到了11天。从超新星爆发扩散残骸的元素分布情况可以看出,在恒星死亡后的殉爆过程存在不稳定的机制,在某种“神秘”方式作用下物质由内往外向宇宙空间飞散。

  对于天文学家而言,本项观测计划是一个最新的工作方向,是建立在早前钱德拉X射线空间望远镜观测的基础之上,代表了对仙后座A(Cassiopeia A)中X射线辐射碎片最为详细的研究成果,同理,我们可以从这项研究中推测其他大质量恒星在经历超新星爆发后可能出现的物质扩散情况。在钱德拉X射线空间天文台的数据中,天文学家估计出X射线辐射碎片总量可达到太阳质量的三倍,其中铁元素含量是太阳质量的0.13倍,硫元素含量是太阳质量的0.03倍,镁元素则为0.01倍。研究人员还发现一些团块几乎可称得上是“纯铁”,这表明了它们来自原超新星的中央附近区域,这里的核反应可产生这样的物质团块,此外还可推测该超新星爆发已经形成了中子星。

  对于“纯铁”团块的出现,科学家预测其应该就是存在的,而另一个可以说明此类核反应的标志性特征为形成放射性钛-44。钛-44存在一个为期63年的半衰期,科学家通过若干个高能空间天文望远镜探测到其存在的证据,其中包括康普顿伽玛射线天文台、意大利和荷兰研制的X射线观测探测器BeppoSAX以及国际伽马射线天体物理学实验室(INTEGRAL)。

  本项研究的成果刊登在2月20日出版的《天体物理学》期刊上,作者为美国国家航空航天局戈达德空间飞行中心研究人员、约翰霍普金斯大学科学家(Una Hwang),海军研究实验室马丁雷明(Martin Laming)。马歇尔空间飞行中心负责人钱德拉X射线天文台的项目管理,史密斯天体物理天文台控制钱德拉X射线天文台的科学仪器,而空间飞行中心则由位于马萨诸塞州的剑桥市。