美國天文學家預計2037年將會出現超新星爆炸重演


天文學家可以進行一些預測,例如:即將到來的月食和日食的時間以及一些彗星的回歸。

現在,將目光投向太陽系以外的地方,天文學家增加對發生在太空星際深處事件的可靠預測:一顆爆炸恆星的圖像,稱為超新星爆炸,它將在2037年左右出現。雖然這次重播將不可見用肉眼來看,未來的一些望遠鏡應該能夠發現它。

這個未來的出現將是同一個超新星的第四個已知視圖,由一個巨大的前景星系團放大、變亮並分裂成單獨的圖像,就像一個宇宙變焦鏡頭。超新星的三張圖像最初是從美國太空總署哈勃太空望遠鏡於2016年拍攝的檔案數據中發現。

多幅圖像是由怪物星系團強大的重力產生,它扭曲和放大了來自遠在後面超新星的光,這種效應稱為重力透鏡效應。由愛因斯坦首先預測,這種效應類似於玻璃透鏡彎曲光線以放大遠處物體的圖像。

三張帶透鏡的超新星圖像,看作是單個哈勃太空望遠鏡捕捉到的小點,代表爆炸餘波的光。這些圓點的亮度和顏色各不相同,這表示隨著時間的過去,爆炸消退的三個不同階段。

美國哥倫比亞南卡羅來納大學(University of South Carolina in Columbia)的首席研究員史提夫·羅德尼(Steve Rodney)解釋說:「這個新發現是多次成像超新星的第三個例子,我們實際上可以測量到達時間的延遲。它是三個中距離最遠的一個,預計的延遲時間特別長。我們將在2037年前後,能夠看到它最後的出現。

哈勃太空望遠鏡從MACS J0138.0-2155 星團捕獲的光大約需要四十億年才能到達地球。根據它的宿主星系距離,來自超新星爆炸的光估計需要一百億年的時間才能抵達地球。

該團隊對超新星再出現的預測基於建立了星團的電腦模型,該模型描述了超新星光穿過星系群中團塊暗物質迷宮的各種路徑。暗物質是一種無形的物質,構成了宇宙的大部分物質,是建造星系和星系團的支架。

每張放大的圖像都採用不同的路線穿過星團,並在不同的時間到達地球,部分原因是超新星光所遵循的路徑長度不同。每當一些光靠近一個非常大的物體時,比如星系或星系團,愛因斯坦的廣義相對論告訴我們的時空扭曲就會出現在任何質量上,延遲光圍繞該質量的傳播。

超新星的各種光路可以比作幾列同時離開車站的火車,所有火車都以相同的速度行駛並開往相同的位置。然而,每列火車走不同的路線,每條路線的距離也不相同。由於列車在不同地形上行駛的軌道長度不同,因此它們不會同時到達目的地。

此外,預測2037年出現帶上重力透鏡的超新星圖像落後於同一超新星的其它圖像,因為它的光直接穿過星團中央,那裡是暗物質最密集的地方。星團的巨大質量使光線彎曲,產生更長的時間延遲,所以這是最後到達地球,因為這就像火車必須深入山谷,然後再轉出來。這是最慢的光之旅。

【圖、文:節譯自美國太空總署2021年9月13日新聞公佈】研究全文刊登在2021年9月13日出版的《自然-天文學》期刊 標題是:A gravitationally lensed supernova with an observable two-decade time delay

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