紫金山天文台證實在富碳星拱星包層中探測到硫化矽激微波

富碳星IRC +10216的光學圖像圓圈內是硫化矽分子示意圖
中國科學院紫金山天文台龔龑博士等通過國際合作研究證實在富碳星IRC+10216的拱星包層中探測到SiS(1-0)激微波(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation,簡稱 MASER)。

中低質量恆星演化至其生命週期晚年的主序後星時,會通過星風拋出大量的氣體和塵埃,形成一個緻密的拱星包層。根據碳氧元素豐度比[C/O],可以將主序後星分為富碳星([C/O]>1)和富氧星([C/O]<1)。由於物理化學環境的不同,它們的拱星包層中會形成不同的激微波(即微波波段的激光),脈澤是主序後星拱星包層物理條件的強有力探針。在富氧星的拱星包層中激微波較為常見,如已在許多富氧星的拱星包層中發現羥基(OH)、氧化矽(SiO)、水(H2O)等激微波,然而在富碳星的拱星包層中卻鮮有激微波的探測。

獅子座IRC+10216星是一顆極其著名的富碳星,它距離我們約420光年,在5微米波段是太陽系外最亮的天體,在其拱星包層中已經探測到的星際分子超過80種。龔龑博士等與其德國合作者們於2015年發表了利用德國Effelsberg 100米射電望遠鏡對該天體進行的1.3厘米波段迄今最為完備的譜線巡測結果。因此,IRC+10216是研究分子譜線的最重要目標之一,也是搜尋和研究富碳星拱星包層中激微波的理想候選體。

硫化矽(SiS)分子是富碳星拱星包層中豐度最高的含矽分子。30多年前,天文學家們在IRC+10216拱星包層的單天線SiS (1-0)轉動譜線輪廓中發現一個非常窄的發射成分,推測可能是激微波。然而,分析得到的譜線亮溫度僅為幾K,這與激微波放大機制會產生非常高亮溫度的理論預期不相符。當然,這可能是由於當時觀測使用的望遠鏡角分辨率過低導致的,因為激微波通常都是點源。龔龑博士等與德國馬普射電天文所(MPIfR)和美國國立射電天文台(NRAO)以及加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)研究人員合作,利用澳大利亞望遠鏡緻密陣列ATCA對其進行了高角分辨率的SiS ( 1-0)觀測,譜線輪廓呈現典型的激微波特徵,譜線亮溫度則高達至少3850 K,遠高於拱星包層最內部的溫度(約2000 K),甚至高於恆星的有效溫度(約2800 K)。如此高的亮溫度只能通過激微波放大機制來解釋,從而首次確鑿證實了在該富碳星拱星包層中探測到SiS (1-0)脈澤。對該激微波成分的單天線監測結果也呈現出激微波所特有的時變特徵。進一步的研究表明觀測到的SiS激微波是非飽和的,來自近乎完全加速的殼層,該激微波的主要泵浦源很可能來自中心星及其鄰近塵埃的紅外輻射。在Effelsberg 100米望遠鏡對其他十幾個富碳星拱星包層的搜尋觀測中,均未發現任何與IRC+10216類似的SiS (1-0)激微波特徵譜線。因此,IRC+10216是迄今為止唯一一個探測到SiS (1-0)激微波的富碳星。

【圖、文:節錄自中國科學院紫金山天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在已經出版的《天體物理學報》

MASER,中國大陸譯作:脈澤

發表回覆