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国家天文台2.16米等望远镜助天文学家发现最奇特超新星

发表日期:2017-11-13来源:放大 缩小

  2015年1月,国家天文台兴隆观测基地2.16米光学望远镜观测到了迄今为止爆发最剧烈、爆发方式最奇特的超新星iPTF14hls见图1),该超新星爆发后随即被兴隆观测基地的2.16米首先证认为一颗富氢的核塌缩超新星。奇特的是,与一般超新星只有一个能量峰不同的是该超新星被发现后的近600天时间内一共产生了连续5次的大规模能量释放(见图2),总爆发能量是一般超新星的上百倍。对该超新星所在位置的历史图像分析表明该超新星甚至有可能在1954年就产生了一次非常剧烈的爆发。多次能量峰的爆发表明该超新星有可能源于一颗质量为太阳的95-130倍的超大质量恒星的脉动对不稳定性爆发,但该模型无法解释该超新星的光谱观测特征,如持续存在的富氢特征。在该超新星的观测研究中,兴隆基地2.16米望远镜贡献了最早的两条光谱(见图3),兴隆观测基地80厘米TNT望远镜(清华大学-国家天文台望远镜)贡献了多色测光数据,在该项发现中发挥了重要作用。 

  这一研究成果是由国际合作团队共同完成,中方团队由清华大学王晓锋教授领导,国家天文台张天萌副研究员等参与其中。该成果以持续的能量爆发引发大质量恒星形成独特的富氢爆炸Energetic eruptions leading to a peculiar hydrogen-rich explosion of a massive star)为题发表在2017119日出版的《自然》期刊上(Nature 2017, 551, 211-213)。该文章迅速被Speaking of Science期刊以我们见过的最奇怪的超新星:一颗不断爆炸并幸存的恒星The strangest supernova we’ve ever seenA star that keeps exploding and surviving)为题做了推荐,获得广泛关注。该发现对现有超新星形成和演化理论及爆发机制提出前所未有的挑战。 

  作为超新星研究的系列成果,此前基于2.16米望远镜观测数据已有两篇论文发表于《自然》期刊(Nature 1994, 369, 380-382; Nature 2007, 447, 829-832)。近年来,王晓锋教授领导的研究团队基于2.16米望远镜光谱以及80厘米望远镜测光观测在国际上首次发现了以SN 2006X为代表的一类光球速度非常大的高速膨胀Ia型超新星子类,它们具有不同于正常超新星的测光性质和前身星星族。这一发现对研究被作为宇宙探针的Ia型超新星前身星和未来精确宇宙学研究至关重要(相关论文发表在2008ApJ, 2009ApJ Letter 2013Science等上,累计被他人引用500多次)。该团队从 2011年开始利用2.16米望远镜系统获得各类超新星的光谱数据,已经证认了近100颗新爆发超新星的光谱类型,累计获得了近700条超新星光谱数据。这些光谱数据结合80厘米望远镜的测光数据对理解各类超新星、前身星以及恒星演化物理提供重要限制。这些数据将在1-2年内释放,预计将在超新星研究领域产生较大的影响。 

  2.16米望远镜是我国自行研制的两米级光学望远镜,于1989年投入使用,在运行的早期已取得过丰硕的科研成果。近年来,通过天文观测者和兴隆观测基地运行团队的不懈努力,2.16米光学望远镜的科研成果不断创佳绩。为了提高科学产出,自2012年开始,2.16米望远镜时间分配委员会组织了重点课题遴选;为了满足Time domain用户的需要,除了望远镜时间分配中加大ToO机会源观测)间比例外,每晚还设立2小时ToO机动时间,方便突发天象的观测,增加时间分配的机动性和灵活性,最大程度的满足用户需要。兴隆观测基地天文值班在ToO观测期间在望远镜观测室值守,保障数据观测质量。 

  为了提升望远镜的观测效率和数据质量,兴隆观测基地成功部署并完成了基地内外6台望远镜的集中控制,有效地提高了各望远镜的协同观测能力,提高了观测的质量和效率,尤其在ToO的观测中能发挥更大作用。 

超新星爆发的艺术想象图。(Greg StewartSLAC国家加速器实验室)

  超新星iPTF14hls在两年的时间里至少有五次变亮和变暗。这种行为从未见过;超新星通常会在大约100天内保持明亮,然后逐渐消失。(LCO/S. Wilkinson.) 

  超新星iPTF14hls的光谱演化序列。其中蓝色为超新星iPTF14hls完整的光谱序列,红色为用作对比的II-P型超新星SN 1999em的光谱。横坐标为实验室静止波长,右侧纵坐标标示出了各条光谱观测时对应的超新星iPTF14hls爆发后的天数及所使用的望远镜(其中“Xinglong”对应兴隆观测基地2.16米望远镜)。2.16米望远镜贡献了该光谱序列中最早的两条光谱。 

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