新闻速递

□ 谢 天

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探测超新星尘埃工厂

宇宙中的星系其实是一个多尘的地方，而超新星则被认为是这些尘埃的主要来源，尤其是在宇宙的早期。但是，对超新星制造尘埃能力的直接观测证据至今仍很稀少，无法解释在遥远年轻星系中观测到的大量尘埃。不过，这一局面正在变化。

一个国际天文学家小组使用阿塔卡玛毫米波大天线阵观测了超新星1987A的遗迹。它位于围绕银河系转动的矮星系大麦哲伦云中，距离地球大约16万光年。自1 604年开普勒观测到银河系中的超新星以来，超新星1 987A是被观测到的超新星爆发中距离我们最近的。

天文学家们预计，随着爆炸之后气体的冷却，当氧、碳和硅原子在该遗迹的低温区中结合到一起的时候，会形成大量的尘埃。然而，在爆炸后500天对其的红外观测显示，仅发现了少量的高温尘埃。凭借阿塔卡玛毫米波大天线阵前所未有的分辨率和灵敏度，天文学家们可以观测到数量多得多的低温尘埃，它们会发出明亮的毫米和亚毫米波辐射。据估计，该遗迹中现在新形成的尘埃总量已经达到了0.25个太阳质量。此外还发现了大量的一氧化碳和一氧化硅。

不过，超新星既能产生尘埃也能摧毁尘埃。超新星爆发的激波会扫过这些尘埃，它们的幸存率可能只有一半或者三分之二。

超新星遗迹1987A的合成图像：阿塔卡玛毫米波大天线阵的观测为红色，哈勃空间望远镜的观测为绿色，钱德拉X射线天文台的观测为蓝色。版权：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/A. Angelich；可见光：NASA/ESA/HST；X射线：NASA/CXO。

在三星系统中发现脉冲星

由一颗毫秒脉冲星和两颗白矮星所组成三星系统的概念图。版权：Bill Saxton; N R A O/A U I/ NSF。

使用绿堤射电望远镜，一个国际天文学家小组发现了一颗围绕一个白矮星双星系统转动的脉冲星。脉冲星是高速自转的中子星，它们可以用作精准的天文时钟。这是第一次在一个三星系统中发现脉冲星，天文学家正在使用这颗脉冲星，以极高的精度来研究这个系统中的引力效应。

这颗毫秒脉冲星发现于绿堤射电望远镜的一次大规模脉冲星搜寻，距离地球4,200光年，每秒自转近366周。为了把这颗脉冲星用作引力探针，天文学家需要记录下它的尽可能多的脉冲。根据它们到达地球的时间变化，可以确定这个三星系统的轨道几何特性以及这三颗致密星的质量。

天文学家在处理大量观测数据的同时，也通过计算机建立了一个有关该系统的精确模型。这一模型不仅考虑了牛顿引力对这个系统的影响，还考虑了爱因斯坦的广义相对论的效应。这三个致密天体的运动轨道都在地球绕太阳公转的轨道范围之内。彼此靠得如此之近，使得这个系统可以用来探测引力的内在特性，尤其是广义相对论的基础之一“强等效原理”。

强等效原理要求一个物体所受到的引力作用与它的内部组成和结构以及自身的引力强弱无关。为了证明这一点，伽利略在比萨斜塔上做了落体实验。现在，这个三星系统也为此提供了一个绝佳的机会。

发现迄今最亮最远的超新星

超新星瑰宝巡天的天文学家发现了两颗迄今最为明亮也最为遥远的超新星。它们到地球的距离约为10 0亿光年，亮度则是普通超新星的100倍。这两颗新发现的超新星尤其让人困惑，因为已知的超新星爆发机制——巨型恒星坍缩成黑洞或中子星——无法解释它们的极端光度。在2006年和2007年发现之初，不同寻常的这两个超新星甚至让天文学家一开始都无法确定它们的距离。

它们之一被称为SN LS-06D4eu，是迄今所观测到的最遥远的超新星，可能也是不断涌现的新一类超新星——超亮超新星——中最亮的一员。它们属于超亮超新星中一个特殊的亚类，都不含有氢。

新的研究发现，它们也许是由强磁星的形成过程所驱动的。强磁星是一类磁场极强的高速自转中子星。它们的质量与太阳相当，大小却如一座城市，磁场强度则是太阳的一亿亿倍。虽然超亮超新星在2009年首次宣告被发现，之前也有人提出把强磁星创生作为其能量来源，但这两颗超新星的发现是有关理论模型的第一次观测证据。

对观测数据的分析表明，这颗爆发的恒星其质量可能仅几倍于太阳，但却富含碳和氧。这颗恒星最初的质量可能要大得多，但在爆发之前抛射出了其外部壳层，只留下了一个较小的核心。

超新星SNLS-06D4eu（箭头所指）是迄今最遥远的超新星。版权：UCSB。

“哈勃”和“斯皮策”联手发现极亮年轻星系

“哈勃”和“斯皮策”联手发现并研究了130多亿年前的极亮年轻星系（见右侧的放大图像）。版权：NASA/ESA/G. Illingworth (UCSC)/P. Oesch (UCSC)/R.Bouwens (Leiden Univ.)/I. Labbé (Leiden Univ.)/Science Team。

美国宇航局的哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜联手发现并研究了130多亿年前极为明亮的年轻星系，宇宙当时的年龄尚不足5亿年。虽然“哈勃”之前已经探测到这一时期中的其他星系，但天文学家仍对发现了比之前观测到的还亮10～20倍的星系感到意外。

这些微型的星系正在经历恒星的爆发式形成过程，由此解释了它们的高亮度。在它们中亮度最高的星系里，其恒星形成率大约是现在银河系的50倍。虽然这些羽翼未丰的星系大小只有银河系的二十分之一，但它们可能已经拥有了大约10亿颗恒星。

这些星系最初是由“哈勃”所发现的。“哈勃”所成的锐利图像对于寻找遥远的星系而言至关重要，它还能让天文学家测量出这些星系的恒星形成率以及星系大小。通过“斯皮策”来测量这些星系中恒星的总光度，天文学家们由此可以估计出其中恒星的质量。这是第一次科学家们可以在如此遥远的距离上测量出一个天体的质量。

对于能在“哈勃”和“斯皮策”进行深度巡天的区域中找到4个这样的极亮年轻星系，天文学家感到困惑，因为这要求它们必须以极快的速度生长。这些明亮的年轻星系可能形成于更小的婴儿星系之间的碰撞和并合，这一过程始于更早的宇宙时期。

观测到黑洞瓦解恒星事件

位于星系团阿贝尔1795中的这个矮星系。版权：NASA/CXC/Univ. ofAlabama/W.P.Maksym等人。

利用美国宇航局钱德拉X射线天文台和其他望远镜的数据，天文学家发现，在矮星系中的明亮长时间爆发也许是一次黑洞瓦解恒星的事件。这一爆发始于1 999年，直到2005年才变暗到不可见的程度。

天文学家预言，当一颗恒星运动到一个巨型或者超大质量黑洞附近的时候，它会被强大的潮汐力撕碎。之后这颗恒星的残骸继续落向黑洞，由于会被加热到数百万度，它会发出明亮的X射线辐射。随着这些高温气体进一步下落，这一X射线辐射会逐渐减弱。

在过去的几年中，“钱德拉”和其他的天文卫星已经发现了数个超大质量黑洞瓦解恒星的候选事例。因其位于一个质量要小得多的矮星系中，新发现的这一事件显得与众不同。这个矮星系位于星系团阿贝尔1795中，距离地球约8亿光年。它仅含有约7亿颗恒星，远不及银河系的2千亿颗恒星。另外，这个矮星系中黑洞的质量也只有太阳的几十万倍，只有银河系中心超大质量黑洞的十分之一，因此属于中等质量黑洞。

“钱德拉”多年的数据显示出了其瓦解恒星的证据。由于阿贝尔1 795是“钱德拉”定期观测的目标，因此积累了大量有关它的数据。这个矮星系所在的位置暗示，在与其他星系的引力相互作用下，它的大量恒星已经被剥离。

“哈勃”前沿场观测揭示大量遥远星系

作为“哈勃”前沿场观测计划的第一批结果，这幅星系团阿贝尔2744的长时间曝光照片揭示出了大量遥远的背景星系。版权：ASA/ESA/ J. Lotz/M. Mountain/A. Koekemoer/HFF Team (STScI)。

作为美国宇航局哈勃空间望远镜前沿场观测计划的第一批结果，这幅大质量星系团阿贝尔2744的长时间曝光照片是迄今所拍摄的最深的星系团图像，其中包含了一些迄今已知最暗弱和最年轻的星系。

星系团阿贝尔2744包含有数百个星系，距离我们35亿光年。其强大的引力可以充当“引力透镜”来弯曲时空，放大并增亮背景中形成于大爆炸之后不足20亿年的遥远背景星系。前沿场观测的目的就是利用“哈勃”超高的成像质量和引力透镜来寻找宇宙中的第一代星系。

在该星系团数百个前景星系间，“哈勃”的观测发现近3,000个背景星系。没有引力透镜的帮助，这些背景星系是无法被看见的。相对于正常的情况，这些背景星系的亮度增大了10～20倍。在被高度放大的背景星系中，有一些的固有亮度比之前所观测到的任何星系都要暗10～20倍。除了增亮之外，这些星系的外形还被拉扯并且扭曲了。

“哈勃”在这个星系团中还发现了质量只有银河系质量千分之一的矮星系，以及因星系间相互作用而被抛射到星系团内的恒星所发出的暗弱星光。美国宇航局的斯皮策空间望远镜和钱德拉X射线天文台也对该天区进行了观测。它们所提供的多波段信息预期会为星系及其中黑洞的起源和演化提供新的认识。

无星云核诞出大质量恒星

阿塔卡玛毫米波大天线阵对星云的核心进行观测寻找大质量恒星形成的线索。版权：Bill Saxton/Alexandra Angelich (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)。

大于八倍太阳质量的大质量恒星，一直保有一个有意思的谜题：与银河系中绝大多数小得多的恒星比较，它们是如何长到如此巨大的？

为了找到这个问题的答案，阿塔卡玛毫米波大天线阵被用来对银河系中最黑、温度最低且最致密的星云核心进行观测，来寻找大质量恒星形成的线索。此次观测的云核又被称为红外暗星云，位于天鹰座和盾牌座方向，距离我们大约1万光年。

由于这些云核的质量极大、密度极高，引力早已压制住其气体压力，使得星云开始坍缩形成新的太阳质量恒星。如果有一颗恒星还没有开始发光，那说明有一些额外的东西（例如，磁场）在支撑这个星云。为了佐证这一点，天文学家使用阿塔卡玛毫米波大天线阵来观测这些云核内部涉及同位素氘的化学信号，进而测量出这些星云的温度，由此可以判断出是否已有恒星形成。氘之所以重要是因为它倾向于在低温环境中结合成特定的分子。一旦恒星开始加热周围的气体，它们很快就会分解。

结果发现了大量的氘，说明这些云核中温度极低且没有恒星。没有恒星的云核表明有一些作用力会与引力相平衡，调制恒星的形成。这使得大质量恒星可以和低质量恒星通过相同的方式形成，区别仅仅在于其母星云的大小不同。

矮星系为超大质量黑洞起源提供线索

梳理来自大规模巡天的数据，天文学家发现有100多个矮星系可能拥有正在进食周围气体的大质量黑洞。这一发现动摇了之前的普遍观点，认为只有大得多的星系才会拥有大质量黑洞。它同时也将有助于解决早期宇宙中黑洞形成和生长的问题。黑洞在极小的范围内聚集了大量的物质，其引力极强以致光也无法从中逃逸。几乎所有的大型星系都在其核心拥有超大质量黑洞，质量从几百万倍到几十亿倍于太阳不等。然而，直到最近，科学家们仍认为在较小的星系中不会具有大质量黑洞。

天文学家分析了斯隆数字巡天的数据，发现10 0多个矮星系具有特定的辐射模式，而这些辐射模式表明有大质量黑洞正在吸积周围的气体。在近距宇宙中，天文学家已经发现，星系中央黑洞的质量与其中央核球的质量存在直接关联。这表明，它们在生长过程中会相互影响。

虽然较大的星系会拥有数百万或者数十亿倍于太阳的超大质量黑洞，但这些新发现的矮星系黑洞的质量大约仅为太阳的10万倍。这些超大质量黑洞和大质量黑洞明显有别于恒星质量。在这些小型星系中发现大质量黑洞，对于了解星系与黑洞之间的共同演化来说是重要的一步，它同时还能为超大质量黑洞的形成机制提供线索。

“斯皮策”探测褐矮星上的天气

褐矮星上风暴的艺术构想图。版权：NASA/JPL-Caltech/Univ. of Western Ontario/Stony Brook Univ.。

矮星系NGC4395中有一个质量30万倍于太阳的黑洞。版权：David W. Hogg/ Michael R. Blanton/ SDSS/NRAO/AUI/ NSF。

盘旋的风暴云也许常常会出现在低温的褐矮星之上。根据美国宇航局斯皮策空间望远镜的观测，大多数的褐矮星都具有一个或者多个类似木星大红斑这样的行星尺度的风暴。褐矮星因质量太小而无法启动核聚变成为一颗真正的恒星，因此它们更类似于木星。

科学家们认为，褐矮星上的云区会形成猛烈的风暴，伴有强风和闪电，其强度要比太阳系任何行星上的都大得多。不过，迄今所观测到的褐矮星温度都太高，无法形成液态水降雨。相反，这些风暴中的云和雨可能都是由高温的沙粒、熔融的铁或者盐所构成的。

天文学家们使用“斯皮策”对44颗褐矮星进行了长达20个小时的连续观测。之前的观测显示，仅一些褐矮星具有湍流天气，因此科学家预期只有少数褐矮星的亮度会随时间变化。然而，在被观测的褐矮星中有半数出现了亮度起伏。当把视角因素考虑进去之后，这一结果暗示，即便不是在所有的褐矮星上，但在大多数上其实都具有风暴系统。

同样令天文学家们吃惊的是，一些褐矮星的自转速度要远远小于之前的测量结果。这一发现与“斯皮策”的不间断观测是分不开的。之前认为会因形成过程中的收缩，褐矮星而自转加速且转速不会随着时间降低，但对这一新结果的解释目前仍没有定论。

发现猎犬AM型双星前身星

猎犬AM型双星的演化轨迹示意图。版权：NASA/CXC/ M.Weiss。

20世纪中叶，在猎犬座中发现了一颗不寻常的恒星。数年后，天文学家确定它其实是一颗双星，被称为猎犬AM型双星。其相互绕转的周期仅18分钟，根据相对论的预言会释放出引力波。猎犬AM是一类双星的代表，其中有一颗白矮星在吸积其伴星——另一颗白矮星——的物质。白矮星是类太阳恒星死亡后所留下的致密残骸。猎犬AM型双星绕转的速度极快，从5分钟到1小时不等。

虽然发现猎犬AM型双星已近半个世纪，但有个问题依然存在：这些系统是从何而来的？新的X射线和可见光观测正试图寻找该系统的前身星来回答这个问题。

利用美国宇航局的钱德拉X射线天文台、欧洲空间局的牛顿X射线多镜面望远镜以及其他地面望远镜，天文学家找到了两个猎犬AM型双星的前身星系统。示意图中的上图则展示了它们目前的状态：由一颗质量为太阳五分之一的白矮星（右侧）和另一颗质量与太阳相当且更致密的白矮星组成。白矮星质量越大，半径越小。

引力波会带走它们的轨道能量，使之越靠越近。最终质量较大的白矮星会开始吸积伴星的物质，形成了猎犬AM型双星（见示意图中图）。这一过程会持续大约1亿年，直到质量较大的白矮星积聚了足够的物质之后发生热核爆炸，形成Ia型超新星（示意图下图）。

（责任编辑 张长喜）