新星与超新星

作者 | 方粤
审核 | 赵经远
编辑 | 田坤平
新星是激变变星的一类,是由双星系统中白矮星吸积伴星的物质(主要是氢),达到临界条件造成的剧烈爆炸现象。这类星通常原本都很暗,难以发现,爆发时突然增亮,看起来像是新产生的恒星,因此而得名。新星不会破坏原有的双星系统,因而可以多次爆发,只记录过一次爆发的新星称为经典新星,记录到两次以上爆发且再发周期从几年到几十年的新星称为再发新星。在几百到上千年的尺度上,所有新星都会一次又一次爆发。
2015年人马座新星爆发前(左)与爆发后(右)图像对比
超新星与新星不同,新星释放的能量与它相比简直是小巫见大巫。超新星是老年恒星辉煌的葬礼,同时又是新生恒星的推动者。超新星的爆发可能会引发附近星云中无数颗恒星的诞生。超新星爆发也是宇宙中化学元素的主要来源之一,今天我们地球上的许多物质、元素就来自那些早已消失的恒星。
不同元素的起源(图片来源于NASA)
新星是白矮星吸积伴星的物质产生的。一颗白矮星如果有一个红巨星、超巨星或主序星作为伴星,它有可能从伴星吸收物质。这些吸收来的物质含氢丰富,它们聚集在白矮星表面,被引力压缩,同时温度上升。当温度与压力达到热核聚变的临界条件时,热核暴涨反应(我们称为TNR)就开始了。这会导致抛出一些物质,并放出大量的能量,所以新星会很快变亮。根据新星从最大亮度下降2等所用时间将新星分为甚快新星(小于10天)、快新星(11~25天)、中速新星(26~80天)、慢新星(81~150天)和甚慢新星(大于150天)。而超新星则是大质量恒星演化到末期时发生爆炸。根据光谱中是否含有氢谱线将超新星分为I型和II型:I型超新星无氢线,II型超新星有氢线。其中I型超新星又分为Ia、Ib、Ic、I-pec四种,II型超新星又分为II-P、II-L、IIn、IIb、II-pec五种。
Ia型超新星SN 1994D(图片来源于NASA)
Ia型超新星也称为热核爆炸超新星,一般是白矮星吸积伴星的过多物质,当质量大于1.44倍太阳质量(称为钱德拉塞卡极限),白矮星便作为超级核武器在太空中爆炸了,其威力如何?设想一颗比太阳更重的氢弹吧。白矮星的全部物质因此被炸散,产生的能量狂飙天庭,亮度增加几千万倍,几乎相当于整个星系的亮度。由于Ia型超新星最亮时的绝对星等总为约19.3等,因此可用作测量极为遥远的天体距离的标准烛光,可以测量远达40亿光年天体的距离。宇宙加速膨胀与暗能量的存在都是由Ia型超新星测距得出的。另有少量Ia型超新星的爆发机制是双白矮星合并,而其他类型的超新星也称为核塌缩超新星,它们则是大质量恒星的铁核心坍缩成中子星或黑洞、同时产生猛烈的爆炸所形成的。
不同类型超新星的大致光变曲线(图片来源于维基百科)
那么,该如何发现一颗新星或者超新星呢?看似这样深不可测的一件事,其实很简单。小星与中国虚拟天文台合作开展的公众超新星搜寻项目(PSP),2015年7月至今已经发现24颗新星或超新星候选体,其中17颗获得认证。而小星的宁波市教育局-新疆天文台望远镜巡天计划(NEXT)自2017年11月开工以来已发现14颗河外新星候选体,其中5颗获得认证为河外新星,1颗获得认证为河外长周期变星。而小星有史以来,一共发现了1颗河内新星、44颗超新星、11颗河外新星,多么丰硕的成果!欢迎加入星明天文台巡天计划(QQ群号:73444198),小星在这里等你哟~
小资料
1、公认的世界上最早新星记载:“元光元年六月,客星见于房”(《汉书·天文志》),这也是中西均有记录的第一颗新星,西方称为喜帕恰斯新星。
《汉书·天文志》
2、世界上公认的最早超新星记载:SN 185,“后汉中平二年十月癸亥,客星出南门中,大如半筵,五色喜怒,稍小,至后年六月消”(《后汉书·天文志》)。
《后汉书·天文志》
3、有记载的最亮超新星:SN 1006,亮度达约-9星等,在中国古籍中的记载如“宋真宗景德三年四月戊寅,周伯星见,出氐南、骑官西一度,状如半月,有芒角,煌煌然可以鉴物。历库楼东,八月随天轮入浊,十一月复见在氐。自是常以十一月辰见东方,八月西南入浊”(《宋史·天文志》)。
SN 1006遗迹(图片来源于APOD)
4、有记载的最后一颗河内超新星:SN 1604,现在称为开普勒超新星,因为开普勒对它作了极为细致的观测。在中国古籍中亦有记载,如“万历三十二年九月乙丑,夜,西南方生异星,大如弹,体赤黄色,名曰客星。十二月辛酉,夜,客星随天转见东南方,大如弹片,黄色,光芒微小,在尾宿。三十三年八月丁卯夜,客星不见。自三十二年九月客星见尾分,一更时出西南方,随天西转。至十月夕伏不见。十一月五更时出东南方。今年二月,其光渐暗,至是乃灭”(《明实录》)。
SN 1604遗迹(图片来源于APOD)
5、人类发现的第一颗河外超新星:SN 1885A,也称为仙女座S。公元1885年8月19日,爱尔兰业余天文学家艾萨克•瓦德在M31中发现一颗淡红色天体,次日德国天文学家恩斯特•哈特也独立发现了它。这是人类发现的第一颗位于银河系外的超新星,也是M31中迄今发现的唯一一颗超新星(虽然发现时被当成新星)。
SN 1885A遗迹(图片来源于网络)
6、超新星的概念的提出者是美国天文学家弗里茨·兹威基和沃尔特·巴德,超新星概念自1931年被提出至今还不到100年。
有关新星和超新星的更多疑问,欢迎大家在评论区留言,小星会为你一一解答哦~

关注公众号/新浪微博“星明天文台”,和小星一起踏遍星辰,收获浪漫吧~

发表评论

必填项已用*标注