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國家天文台研究人員測量出非輻射性激波中塵埃的摧毀比例

  

    国家天文台天体物理综合团组研究人员朱辉博士、田文武研究员与哈佛史密松森天体物理中心研究员P. SlaneJ. 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。該結果發表在國際著名天文期刊《天體物理雜志》上(ApJ, 2019, 882, 135)。 

  塵埃,顧名思義就是星際介質中的一類微小固體顆粒。雖然它只占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恒星的外向流和星風(AGB 恒星+行星狀星雲),(2)超新星爆發後的抛射物和(3)塵埃在星際介質中的再生長。對于銀河系,塵埃主要來自于過程(1)和(3),其中過程(3)占主導作用。對于紅移大于6的星系(塵埃質量大于10^8太陽質量),情況變得複雜起來。在那時,中小質量恒星還沒有脫離主序,過程(1)對塵埃增長的貢獻很小。新生成的塵埃只可能來自于過程(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,這是因爲當激波摧毀的塵埃量大于超新星抛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)産生。 

  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布,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,轉換爲研究氣體中重元素質量的變化(氣體質量增加量等于塵埃摧毀量)。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16個超新星遺迹,我們發現矽豐富塵埃的摧毀比例爲約61%,鐵豐富塵埃的摧毀比例爲約40%。矽豐富塵埃的摧毀比例要高于理論值。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1:通過比較激波前後重元素的豐度變化,可以給出它們所屬塵埃的摧毀比例。激波前元素豐度由早型B型星示蹤。激波後元素豐度由X射線譜線診斷得到。

  圖2:觀測到的塵埃摧毀比例與理論值的比較,表明塵埃的摧毀比例被理論模型低估了。