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科研动态

国家天文台研究人员成功模拟SNR在前身星星风中射电演化

发表日期:2018-11-26来源:放大 缩小

  超新星遗迹是超新星爆发后与周围介质相互作用产生的一类天体,研究超新星遗迹可以帮助我们理解超新星的前身星模型和爆发模型,限制星系元素丰度和尘埃模型,分析宇宙线加速机制。然而多年来,一个最基本的问题却一直处于模棱两可的状态,那就是超新星遗迹多样化的射电形态是如何演变而来的。经过长期的努力攻关,最近国家天文台天体物理综合研究团组科研人员综合考虑星际磁场、前身星的星风和自行对遗迹演化的影响,利用大型软件包做磁流体模拟,非常漂亮地解释了五类超新星遗迹的射电形态。  

  超新星遗迹的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,超新星的前身星是多种多样的,其所处环境中星际气体和磁场的分布更是难以预测,同时前身星的星风还会影响周围介质的分布,这使得磁流体模拟遗迹演化过程更加困难而非常有挑战性。我们这一新的研究结果基于合理的简化,以目前已有知识推导出较为可靠的初始条件为前提,成功模拟了遗迹的多种射电形态。

  在此项研究之前,同行对超新星遗迹形态的模拟很少将前身星的星风和自行考虑在内,为避免研究太复杂,一般通过假设磁场和介质分布来模拟遗迹的射电形态。这种方法能比较合理地解释对称双壳层和圆形遗迹的形态,但对小弧度单壳层遗迹的解释有一些捉襟见肘,更几乎无法解释大弧度单壳层和不对称双壳层的遗迹。圆形遗迹最容易理解,只要假设周围介质相对均匀,磁场很弱或者朝向观测者,球对称爆发的超新星就会产生圆形的遗迹;如果磁场很强而且并不朝向观测者,就会产生对称的双壳层遗迹。而对小弧度单壳层的遗迹,之前通常是假设磁场或者密度分布存在一定梯度勉强可以解释,可是这样很难解释大弧度的单壳层遗迹,同时这一梯度在实际观测中几乎未被观测到过,偶尔甚至与观测相悖。我们新的研究显示,单壳层的遗迹可以很自然地被解释为前身星垂直磁场方向运动的结果,弧度大小取决于前身星运动速度。此外,如果前身星平行于磁场方向运动,就可以产生以前难以解释的不对称双壳层遗迹。

    此项研究解释简单明确,并能由此推出更多有影响的新结果。比如,对于超新星遗迹演化,前身星星风对局部区域的影响很大,甚至超过了大尺度介质分布的影响;超新星遗迹的X射线图像不与射电图像重合可能是由于前身星运动太快;银河系超新星遗迹数量少于理论估算值,可能是由于理论估算时未考虑观测方向等原因。这些新成果将对超新星遗迹及相关的研究起到极大的推进作用。      

  这项工作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/1810.03777

    本项研究受到国家自然科学基金的支持。

  左侧为不对称双壳层超新星遗迹G29.7-0.3射电图像,为美国VLA的观测结果。右侧为本次工作的模拟结果之一。

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