哈勃太空望远镜通过观测Ia型超新星来测量宇宙距离

哈勃太空望远镜通过观测Ia型超新星来测量宇宙距离 哈勃太空望远镜通过观测 Ia 型超新星（如 NGC 3810 中的超新星）来帮助测量宇宙距离，利用它们一致的亮度来测量根据星系间尘埃效应调整后的距离。资料来源：欧空局/哈勃和美国国家航空航天局，D. Sand, R. J. Foley天体物理学的一项重要任务是测量星系、类星体和星系团等真正遥远天体的距离。在研究早期宇宙时尤其如此，但这是一项艰巨的任务。只有太阳、行星和一些邻近恒星等少数邻近天体，我们才能直接测量它们的距离。除此之外，我们还需要使用各种间接方法；其中最重要的一种方法就是研究 Ia 型超新星，而这正是NASA/ESA 哈勃太空望远镜的作用所在。NGC 3810，也就是这张照片中的星系，是 2022 年一颗 Ia 型超新星的宿主。2023 年初，哈勃聚焦于这个星系和其他一些星系，仔细研究最近的 Ia 型超新星。这种超新星是由白矮星爆炸产生的，它们的亮度都非常一致。这使得它们可以被用来测量距离：我们知道Ia型超新星应该有多亮，所以我们可以根据它的暗淡程度来判断它的距离有多远。这种方法的一个不确定因素是，地球和超新星之间的星际尘埃会阻挡部分光线。你怎么知道光的减少有多少是由距离造成的，有多少是由尘埃造成的？在哈勃的帮助下，我们找到了一个巧妙的解决方法：用紫外光和红外光拍摄同一 Ia 型超新星的图像，紫外光几乎完全被尘埃遮挡，而红外光则几乎不受影响地穿过尘埃。通过仔细观察每个波长有多少光穿过，就可以校准超新星亮度和距离之间的关系，从而考虑到尘埃的影响。这幅图像描绘的是螺旋星系 NGC 3810。2023 年，该星系被列入哈勃计划，以提高利用 Ia 型超新星进行距离测量的精确度。之所以能做到这一点，是因为 NGC 3810 中的一颗白矮星刚刚变成超新星，哈勃在超新星从视野中消失之前捕捉到了这幅图像。超新星以发现年份命名，后跟字母递增标签a、b，以此类推。如今，通过自动巡天，每年都会发现成千上万颗超新星，因此这颗超新星被命名为SN 2022zut，即2022年发现的第18000142颗超新星！图片来源：欧空局/哈勃和美国国家航空航天局，D. Sand, R. J. Foley哈勃可以用同一台仪器对这两种波长的光进行详细观测。这使它成为了这项实验的完美工具，事实上，用来制作 NGC 3810 这幅美丽图像的部分数据就集中在它的 2022 年超新星上。你可以看到它在银河核下方的一个光点，或者在上面的注释图像中看到它。测量宇宙距离的方法有很多；因为 Ia 型超新星非常明亮，所以当发现它们时，它们是最有用、最精确的工具之一。此外，还必须使用许多其他方法，要么作为对其他距离测量的独立检验，要么测量更近或更远的距离。其中一种方法也适用于星系，那就是将星系的旋转速度与亮度进行比较；根据这种方法，我们发现 NGC 3810 距地球 5000 万光年。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

NASA费米望远镜发现附近超新星并没有发出伽马射线

NASA费米望远镜发现附近超新星并没有发出伽马射线 2023 年对风车星系中的超新星 SN 2023ixf 的观测为研究宇宙射线的产生提供了一个独特的机会，但是 NASA 的费米望远镜并没有探测到预期的伽马射线，这表明能量转换率比预期的要低得多。资料来源：美国国家航空航天局2023年5月18日，一颗超新星在附近的风车星系（Messier 101）爆发，它位于大约2200万光年外的大熊座。这颗超新星被命名为SN 2023ixf，是自2008年费米探测器发射以来发现的附近最亮的超新星。意大利里雅斯特大学研究员吉列姆-马蒂-德韦萨说："天体物理学家以前估计，超新星将其总能量的大约 10%转化为宇宙射线加速度。但我们从未直接观测到这一过程。通过对SN 2023ixf的新观测，我们的计算结果是爆炸后几天内的能量转换率低至1%。这并不排除超新星是宇宙射线工厂的可能性，但这确实意味着我们还有更多关于超新星产生的知识要学习。"这篇论文由马丁-德维萨在奥地利因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）期间发表，将刊登在未来出版的《天文学与天体物理学》（Astronomy and Astrophysics）杂志上。即使没有探测到伽马射线，美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜也能帮助天文学家了解更多有关宇宙的信息。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心宇宙射线及其起源每天，数以万亿计的宇宙射线与地球大气层发生碰撞。其中大约 90% 是氢原子核（或质子），其余的是电子或较重元素的原子核。自 20 世纪初以来，科学家们一直在研究宇宙射线的起源，但这些粒子无法追溯到它们的源头。由于宇宙射线带电，它们在飞往地球的途中会因遇到磁场而改变方向。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白-海斯说："然而，伽马射线会直接射向我们。宇宙射线在与周围环境中的物质相互作用时会产生伽马射线。费米望远镜是轨道上最灵敏的伽马射线望远镜，因此当它没有探测到预期的信号时，科学家必须对这种缺失做出解释。解开这个谜团，就能更准确地了解宇宙射线的起源。"弗雷德-劳伦斯-惠普尔天文台（Fred Lawrence Whipple Observatory）的48英寸望远镜在2023年6月捕捉到了这张风车星系（Messier 101）的可见光图像。超新星2023ixf的位置被圈了起来。天文台位于亚利桑那州的霍普金斯山上，由哈佛天体物理学中心和史密森尼天文台共同运营。资料来源：平松等人，2023/Sebastian Gomez (STScI)作为宇宙射线加速器的超新星长期以来，天体物理学家一直怀疑超新星是宇宙射线的主要贡献者。当一颗质量至少是太阳 8 倍的恒星耗尽燃料时，就会发生这种爆炸。内核坍缩，然后反弹，推动冲击波向外穿过恒星。冲击波加速粒子，产生宇宙射线。当宇宙射线与恒星周围的其他物质和光线碰撞时，就会产生伽马射线。超新星会极大地影响星系的星际环境。它们的爆炸波和不断膨胀的碎片云可能会持续存在 5 万年以上。2013年，费米测量显示，银河系中的超新星残骸正在加速宇宙射线，当它们撞击星际物质时，会产生伽马射线光。但天文学家说，这些残余物并没有产生足够的高能粒子，无法与科学家在地球上的测量结果相匹配。一种理论认为，超新星可能会在最初爆炸后的几天或几周内加速银河系中能量最高的宇宙射线。但是超新星非常罕见，在银河系这样的星系中，一个世纪才会发生几次。在大约3200万光年的距离内，超新星平均每年只发生一次。从可见光望远镜第一次看到 SN 2023ixf 开始，经过一个月的观测，费米没有探测到伽马射线。挑战与未来研究合著者、法国国家科学研究中心下属蒙彼利埃宇宙与粒子实验室的天体物理学家马蒂厄-雷诺（Matthieu Renaud）说："不幸的是，看不到伽马射线并不意味着没有宇宙射线。我们必须对所有有关加速机制和环境条件的基本假设进行研究，才能将伽马射线的缺失转化为宇宙射线产生的上限。"研究人员提出了几种可能影响费米观测到该事件产生的伽马射线的情况，比如爆炸碎片的分布方式和恒星周围物质的密度。费米的观测首次为研究超新星爆炸后的状况提供了机会。以其他波长对SN 2023ixf进行的更多观测、基于这一事件的新模拟和模型，以及未来对其他年轻超新星的研究，都将帮助天文学家找到宇宙宇宙射线的神秘来源。费米是戈达德管理的一个天体物理学和粒子物理学合作项目。费米项目是与美国能源部合作开发的，法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴也做出了重要贡献。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜让早期宇宙中的已发现超新星数量增加10倍

韦伯望远镜让早期宇宙中的已发现超新星数量增加10倍 韦伯望远镜非常适合用来识别极其遥远的超新星，因为存在一种叫做宇宙学红移的现象，在这种现象中，穿越宇宙的光线会被拉伸到更长的波长。来自远古超新星的可见光被拉伸得如此之长，以至于最终出现在红外线中。韦伯望远镜的仪器可以看到红外光，因此非常适合寻找这些遥远的超新星。一个研究小组利用韦伯早期宇宙深度探测的数据，发现了比以前已知的多 10 倍的远古超新星。这项研究是利用韦伯望远镜对远古超新星进行更广泛探测的第一步。JADES 深度场使用的是 NASA 詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测数据，这是 JADES（JWST 高级河外星系深度巡天）计划的一部分。一个研究 JADES 数据的天文学家小组发现了大约 80 个亮度随时间变化的天体（绿色圈内）。这些被称为瞬变天体的天体大多是恒星或超新星爆炸的结果。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、JADES 合作组织美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）深入窥探宇宙，为科学家们首次提供了宇宙早期超新星的详细资料。一个使用韦伯数据的研究小组发现，早期宇宙中的超新星比之前已知的多 10 倍。其中一些新发现的爆炸恒星是同类恒星中最遥远的例子，包括那些用来测量宇宙膨胀率的恒星。"韦伯望远镜是一台发现超新星的机器，"图森市亚利桑那大学斯图尔特天文台的三年级研究生克里斯塔-德库西（Christa DeCoursey）说。"探测到的超新星数量之多，加上这些超新星的距离之远，是我们巡天观测中最令人兴奋的两项成果"。德库西在威斯康星州麦迪逊举行的美国天文学会第244次会议的新闻发布会上介绍了这些发现。资料来源：NASA、ESA、CSA、Ann Feild（STScI）为了取得这些发现，研究小组分析了作为 JWST 高级深河外星系巡天（JADES）计划一部分而获得的成像数据。韦伯望远镜非常适合寻找极其遥远的超新星，因为它们的光线会被拉伸到更长的波长这种现象被称为宇宙学红移。(见上图）。在韦伯望远镜发射之前，只有少数超新星的红移超过2，这相当于宇宙的年龄只有33亿年仅为目前年龄的25%。JADES样本包含了许多在更久远的过去爆炸的超新星，当时宇宙的年龄还不到20亿年。以前，研究人员利用美国宇航局的哈勃太空望远镜观测宇宙处于"青年期"时的超新星。通过 JADES，科学家们看到了宇宙处于"十几岁"或"前十几岁"时的超新星。未来，他们希望能够回望宇宙的"幼儿"或"婴儿"阶段。为了发现这些超新星，研究小组比较了相隔一年的多幅图像，寻找在这些图像中消失或出现的光源。这些观测亮度随时间变化的天体被称为瞬变体，而超新星就是瞬变体的一种。总之，JADES 瞬变巡天样本小组在一片只有米粒粗细的天空中发现了大约 80 个超新星。这张马赛克照片展示了从 JADES（JWST 高级深河外星系巡天）计划的数据中发现的约 80 个瞬变天体（即亮度不断变化的天体）中的三个。大多数瞬变体都是恒星或超新星爆炸的结果。通过对比 2022 年和 2023 年拍摄的图像，天文学家可以找到从我们的视角来看最近才爆炸的超新星（如前两列所示的例子），或者已经爆炸但其光线正在逐渐消失的超新星（第三列）。每颗超新星的年龄都可以通过它的红移（用"z"表示）来确定。最遥远的超新星的红移为 3.8，它的光起源于宇宙只有 17 亿年的时候。红移 2.845 相当于宇宙大爆炸后 23 亿年。最接近的例子红移为 0.655，显示的是大约 60 亿年前离开其星系的光线，当时宇宙的年龄刚刚超过现在的一半。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Christa DeCoursey（亚利桑那大学）、JADES 合作组织位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所（STScI）的美国宇航局爱因斯坦研究员贾斯汀-皮埃尔（Justin Pierel）说："这确实是我们对高红移宇宙的瞬态科学的第一个样本。我们正试图确定遥远的超新星是否与我们在附近宇宙中看到的超新星有本质区别或非常相似。"皮埃尔和 STScI 的其他研究人员提供了专家分析，以确定哪些瞬变实际上是超新星，哪些不是，因为它们往往看起来非常相似。研究小组发现了一些高红移超新星，包括光谱学上确认的最远的一颗，红移为 3.6。它的祖星在宇宙只有 18 亿岁时爆炸。这是一颗所谓的核心坍缩超新星，是一颗大质量恒星的爆炸。这段动画展示了白矮星爆炸的过程，白矮星是一颗恒星的残余物，密度极高，其核心已无法再燃烧核燃料。在这颗"Ia 型"超新星中，白矮星的引力从附近的恒星伴星那里偷走了物质。当白矮星的质量估计达到目前太阳质量的 1.4 倍时，它再也无法承受自身的重量，于是爆炸了。资料来源：NASA/JPL-Caltech天体物理学家特别感兴趣的是 Ia 型超新星。(这些爆炸的恒星非常明亮，可以用来测量遥远的宇宙距离，帮助科学家计算宇宙的膨胀率。研究小组至少发现了一颗红移为 2.9 的 Ia 型超新星。这颗爆炸产生的光在 115 亿年前开始向我们传播，当时宇宙的年龄只有 23 亿年。此前经光谱学确认的 Ia 型超新星的距离记录是红移 1.95，当时宇宙的年龄是 34 亿年。科学家们迫切希望分析高红移下的Ia型超新星，看看它们是否都具有相同的内在亮度，而与距离无关。这一点至关重要，因为如果它们的亮度随红移而变化，那么它们就不能成为测量宇宙膨胀率的可靠标记。Pierel 分析了这颗发现于红移 2.9 的 Ia 型超新星，以确定其内在亮度是否与预期不同。虽然这只是第一个这样的天体，但结果表明没有证据表明Ia型亮度会随红移而变化。我们还需要更多的数据，但现在，基于 Ia 型超新星的宇宙膨胀率理论及其最终命运仍然保持不变。皮埃尔还在美国天文学会第244次会议上介绍了他的研究成果。早期宇宙的环境与现在截然不同。科学家们期望看到来自恒星的古老超新星，这些恒星所含的重化学元素远远少于太阳这样的恒星。将这些超新星与本地宇宙中的超新星进行比较，将有助于天体物理学家了解早期恒星的形成和超新星的爆发机制。STScI研究员马修-西伯特（Matthew Siebert）说："我们基本上为瞬变宇宙打开了一扇新窗口。从历史上看，每当我们这样做的时候，我们都会发现一些极其令人兴奋的东西一些我们意想不到的东西。"JADES团队成员、亚利桑那大学图森分校研究教授Eiichi Egami说："由于韦伯望远镜非常灵敏，它几乎能在其指向的所有地方发现超新星和其他瞬变体。这是利用韦伯望远镜对超新星进行更广泛观测的重要第一步。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃望远镜用最锐利的视角揭示光栅星系的尘埃和暗物质

哈勃望远镜用最锐利的视角揭示光栅星系的尘埃和暗物质 哈勃望远镜拍摄到的 NGC 4753 星系显示了复杂的尘埃结构和暗物质光环。这个星系是研究星系形成和测量宇宙距离的重要场所。NGC 4753 位于室女座，距离地球约 6000 万光年，由天文学家威廉-赫歇尔于 1784 年首次发现。它是室女座第二云中 NGC 4753 星系群的成员，该星系群由大约 100 个星系和星系团组成。这个星系据信是大约 13 亿年前与附近的一个矮星系合并的结果。NGC 4753星系核周围明显的尘埃通道据说就是这次合并过程中吸积形成的。现在人们相信，银河系中的大部分质量都存在于暗物质构成的略微扁平的球形光环中。暗物质是一种目前无法直接观测到的物质，但被认为占宇宙中所有物质的85%左右。它之所以被称为"暗物质"，是因为它似乎不与电磁场发生相互作用，因此似乎不会发射、反射或折射光线。由于这个天体的低密度环境和复杂结构，它对检验透镜状星系形成的不同理论也具有科学意义。此外，这个星系还是两个已知的 Ia 型超新星的宿主。这些类型的超新星极其重要，因为它们都是由白矮星爆炸引起的，而白矮星都有伴星，并且总是以相同的亮度达到峰值比太阳亮 50 亿倍。了解这些事件的真实亮度，并将其与表观亮度进行比较，为天文学家提供了一个测量宇宙距离的独特机会。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃望远镜重新审视持续40年仍然异常炙热的新星HM Sagittae

哈勃望远镜重新审视持续40年仍然异常炙热的新星HM Sagittae 这幅艺术家的概念图展示的是人马座新星系统（HM Sge），在这个系统中，一颗白矮星正在从它的红巨星伴星中吸取物质。这就在白矮星周围形成了一个炽热的圆盘，当来自红巨星的氢气密度越来越大并达到临界点时，这个圆盘就会发生不可预知的自发热核爆炸。这些伴星之间的焰火对天文学家来说非常有趣，因为它们能让他们深入了解双星系统中恒星演化的物理和动力学。资料来源：NASA、ESA、Leah Hustak（STScI）哈勃太空望远镜拍摄的共生恒星 Mira HM Sge 的图像。它位于 3400 光年外的人马座，由一颗红巨星和一颗白矮星伴星组成。这两颗恒星距离太近，哈勃无法分辨。从红巨星上渗出的物质落在白矮星上，使它变得异常明亮。这个星系在 1975 年首次爆发出新星。红色星云是恒星风的证据。星云直径约为四分之一光年。资料来源：NASA、ESA、Ravi Sankrit（STSCI）、Steven Goldman（STSCI）、Joseph DePasquale（STSCI）天文学家利用美国宇航局哈勃太空望远镜和退役的SOFIA（红外天文平流层观测站）提供的新数据以及其他任务提供的档案数据，重新审视了银河系中最奇特的双星系统之一在它作为一颗明亮而长寿的新星出现 40 年之后。新星是指亮度突然大增的恒星，通常在几个月或几年后就会逐渐消失，恢复到原来的暗淡状态。1975 年 4 月至 9 月间，双星系统 HM Sagittae（HM Sge）的亮度增加了 250 倍。更不寻常的是，它并没有像通常的新星那样迅速消退，而是几十年来一直保持着高亮度。最近的观测结果表明，该系统的温度有所升高，但矛盾的是，它的光度却在一点点减弱。HM Sge 是一种特殊的共生恒星，其中一颗白矮星和一颗臃肿的、产生尘埃的巨型伴星处于相互围绕的偏心轨道上，白矮星吸收从巨型恒星流出的气体。这些气体在白矮星周围形成一个炽热的圆盘，随着从巨星流入的氢气在白矮星表面的密度不断增加，直至达到临界点，白矮星可能会发生不可预知的自发热核爆炸。这些伴星之间的焰火让天文学家着迷，因为它们能让他们深入了解双星系统中恒星演化的物理和动力学。巴尔的摩太空望远镜科学研究所（STScI）的拉维-桑克里特（Ravi Sankrit）说："1975年，HM Sge从一颗不起眼的恒星变成了该领域所有天文学家都在关注的恒星，而在某个时刻，这股热潮减缓了。2021 年，STScI 的 Steven Goldman、Sankrit 和合作者利用哈勃望远镜和SOFIA上的仪器，在从红外线到紫外线（UV）的光波长范围内，观察 HM Sge 在过去 30 年中发生了哪些变化。"来自哈勃的2021紫外线数据显示了一条强烈的高度电离镁发射线，这在早先公布的1990年光谱中是没有的。它的出现表明白矮星和吸积盘的估计温度从1989年的不到40万华氏度上升到了现在的超过45万华氏度。高度电离的镁线是紫外光谱中看到的众多镁线之一，综合分析这些镁线将揭示该系统的能量学，以及它在过去三十年中的变化情况。SOFIA 在试飞中打开望远镜舱门，翱翔在白雪皑皑的内华达山脉上空。SOFIA 是一架经过改装的波音 747SP 飞机。SOFIA 于 2014 年实现了全面运行能力，并于 2022 年 9 月 29 日完成了最后一次科学飞行。图片来源：NASA/Jim Ross研究小组利用将于 2022 年退役的美国宇航局飞行望远镜 SOFIA 提供的数据，探测到了该系统内部和周围流动的水、气体和尘埃。红外光谱数据显示，这颗产生大量尘埃的巨星在爆炸发生后的短短几年内就恢复了正常状态，但近年来它的光线也变得暗淡了，这是另一个有待解释的谜团。通过 SOFIA，天文学家能够看到水以每秒约 18 英里的速度流动，他们怀疑这就是白矮星周围咝咝作响的吸积盘的速度。目前，连接巨星和白矮星的气体桥必须横跨大约 20 亿英里。研究小组还一直与美国变星观测者协会（AAVSO）合作，与来自世界各地的业余天文学家合作，帮助他们用望远镜观测 HM Sge；他们的持续监测揭示了自 40 年前 HM Sge 爆发以来从未见过的变化。哈勃太空望远镜拍摄的共生恒星 Mira HM Sge 的图像，带有罗盘和刻度条。它位于射手座 3400 光年之外，由一颗红巨星和一颗白矮星伴星组成。这两颗恒星距离太近，哈勃无法分辨。从红巨星上渗出的物质落在白矮星上，使它变得异常明亮。这个星系在 1975 年首次爆发出新星。红色星云是恒星风的证据。星云直径约为四分之一光年。资料来源：NASA、ESA、Ravi Sankrit（STScI）、Steven Goldman（STScI）"像HM Sge这样的共生恒星在我们的银河系中非常罕见，而目睹类似新星的爆炸则更为罕见。这个独特的事件是天体物理学家几十年来的财富，"戈德曼说。研究小组的初步研究成果发表在《天体物理学报》上，桑克里特将在威斯康星州麦迪逊市举行的美国天文学会第244次会议上介绍以紫外光谱为重点的研究成果。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃太空望远镜探索银河系微弱星等的奥秘

哈勃太空望远镜探索银河系微弱星等的奥秘 哈勃太空望远镜拍摄的 UGC 11105 图像，这是一个位于 1.1 亿光年外的螺旋星系。它的视星等为 13.6 等，相对较暗，由于星等的反向对数标度，它比太阳和许多天体都要暗得多。尽管它的体积很大，但从地球上看却不那么明亮。图片来源：ESA/哈勃和 NASA，R. J. Foley（加州大学圣克鲁兹分校）2019 年在这个星系中发生的II 型超新星爆炸虽然在这张图片中已经看不到了，但当时绝对比这个星系更耀眼！更准确地说，UGC 11105 在光学系统中的视星等约为 13.6 等（这幅图像是利用涵盖光学系统核心部分的数据以及紫外线数据绘制的）。天文学家有不同的方法来量化天体的亮度，视星等就是其中之一。首先，这个量的"视"的部分指的是视星等只描述了从地球上看物体的亮度，这与测量物体的实际亮度是两码事。例如，在现实中，变星参宿四的亮度大约是太阳的 21000 倍，但由于太阳离地球更近，参宿四的亮度似乎远远低于太阳。"幅值"部分比较难描述，因为幅值刻度没有相关的单位，不像质量（我们用千克来衡量）或长度（我们用米来衡量）。幅值只有相对于其他幅值才有意义。此外，等阶不是线性的，而是一种被称为"反向对数"的数学等阶，这也意味着低等天体比高等天体更亮。举例来说，UGC 11105的光学视星等约为13.6，而太阳的视星等约为-26.8。考虑到反向对数标度，这意味着从我们在地球上的角度来看，太阳的亮度大约是UGC 11105的14000万亿倍，尽管UGC 11105是一个完整的星系.人类肉眼能看到的最暗星约为六等，大多数星系都比它暗得多。不过，哈勃已经发现了视星等高达 31 等的天体，因此 UGC 11105 并不构成太大的挑战。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：