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国家天文台研究人员利用磁流体模拟预测超新星遗迹全貌

发表日期:2017-11-22来源:放大 缩小

  超新星遗迹的演化一直困扰人们多年,而只有磁流体模拟能细致地告诉我们它的历史。最近,国家天文台研究人员利用磁流体模拟成功解释了一个超新星遗迹的射电演化,同时预言其存在未被发现的壳层,而后续对观测数据的处理发现这一预言是正确的。该研究第一作者为国家天文台博士生张孟飞,合作者包括他导师田文武研究员、Leahy教授、朱辉博士、崔晓红副研究员以及博士生单素素。

  超新星遗迹是超新星爆发后与周围星际介质相互作用的产物,其演化过程不仅与前身星的性质密切相关,也受到周围星际气体和磁场分布的巨大影响。然而,超新星爆发的前身星是多种多样的,星际气体和磁场的分布更是难以预测,这对磁流体模拟初始条件的设定带来了很大困难。而这一新的研究着眼于已经有充分观测结果的超新星遗迹W51C,根据前人取得的研究结果,得出了较为完备的初始条件,从而实现更加准确的模拟。

  超新星遗迹W51C在之前被认为是一个单壳层遗迹,临近两个电离氢区W51AW51B。而将初始条件导入磁流体模型之后,演化结果显示W51C应该有另外一个未被发现的壳层与电离氢区W51A在视线方向上重合(图1)。 其实很早以前就有研究者发现W51A方向在射电波段有非热辐射,而作为电离氢区的W51A本身是不会有非热辐射的,这一问题一直困扰众多研究者。磁流体模型的这一预言,让人们看到了解决这一问题的曙光。通过对德国Effelsberg 100米射电望远镜的偏振观测数据进行分析,研究人员发现W51A方向上在射电波段有明显的偏振辐射,这不是电离氢区能产生的。而超新星遗迹的射电辐射既是非热的,又是偏振的。之前没有发现这一壳层的原因可能是电离氢区W51A过亮,遮挡了这一壳层的辐射。这样的结果证实了磁流体模型的预言,也解释了困扰人们二十多年的问题,同时也检验了磁流体模拟的可靠性,可为将来对其他遗迹的观测甚至相应设备的建设提供重要参考。

  此外,这项工作还模拟了W51C沿视线方向与分子云相互作用,解释了W51B中一个致密电离氢区G49.2-0.35方向上非热辐射的起源,并对附近OH脉泽的分布进行了更细致的研究。这些结果帮助人们更加深入理解了这颗超新星遗迹,同时也丰富了对超新星遗迹演化的研究。    

  这项工作已于近日在国际知名期刊《天体物理杂志》(ApJ)刊载,电子版文章可在arXiv获得:https://arxiv.org/abs/1710.04770

  W51C图像。左侧为美国VLA的观测结果,右侧为本次工作的模拟结果。左图中,只有右下弥散辐射部分是之前所认为的单壳层超新星遗迹W51CW51C上方左右两侧较亮区域分别是电离氢区W51AW51B

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