中國天文學家測量出非輻射性激波中塵埃的摧毀比例


中國科學院國家天文台天體物理綜合團組研究人員朱輝博士、田文武研究員與哈佛-史密松天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)研究員斯萊恩(P. Slane)、雷蒙德(J. Raymond)合作,直接測量出非輻射性激波中塵埃的平均摧毀比例,證明激波中塵埃的摧毀效率被明顯低估了。

塵埃,顧名思義就是星際介質中的一類微小固體顆粒。雖然它只佔星際介質總量的百分之一,但在分子雲冷卻,複雜分子形成,維持彌散星際介質溫度等方面,都起到至關重要的作用。塵埃的形成場所包括(1)脫離主序後中小質量恆星的外向流和星風(進近巨星分支恆星+行星狀星雲),(2)超新星爆發後的拋射物和(3)塵埃在星際介質中的再生長。對於銀河系,塵埃主要來自於過程(1)和(3),其中過程(3)佔主導作用。對於紅移大於六的星系(塵埃質量大於10^8太陽質量),情況變得複雜起來。在那時,中小質量恆星還沒有脫離主序,過程(1)對塵埃增長的貢獻很小。新生成的塵埃只可能來自於過程(2)和(3)。估計激波中塵埃的摧毀比例,對研究高紅移星系塵埃增長過程異常重要,這是因為當激波摧毀的塵埃量大於超新星拋射物中塵埃的形成量時,超新星對塵埃增長的貢獻就是負的,高紅移塵埃應該由再生長過程(3)產生。

在以往對激波摧毀塵埃的研究中,常用的思路是考慮激波後塵埃本身的質量是如何變化的。因此,計算得到的塵埃摧毀比例受到塵埃尺寸分佈,物理結構和摧毀反應截面等參數的影響。不同作者得到的數值之間往往會有有很大的不同。在本工作中,我們將研究塵埃質量的變化,轉換為研究氣體中重元素質量的變化(氣體質量增加量等於塵埃摧毀量)。由此避免了上面提到的問題,可以通過譜線診斷,直接給出塵埃的摧毀比例。

將上述方法應用到大麥哲倫雲中的十六個超新星遺跡,我們發現矽豐富塵埃的摧毀比例為約61%,鐵豐富塵埃的摧毀比例為約40%。矽豐富塵埃的摧毀比例要高於理論值。同時矽和鐵豐富塵埃的摧毀比例不同也表明矽酸鹽塵埃是鎂豐富的,而不是鐵豐富的。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;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》

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