清華大學物理系王曉鋒研究組在《科學》發表論文報道Ia型超新星最新研究成果

清華大學物理系天體物理中心副教授王曉鋒領導的研究團隊對一類超新星（源于1.4個太陽質量的致密星，也就是“白矮星”熱核爆炸產生的，簡稱Ia型超新星）的光譜特征和它們宿主星系的性質進行了最新的研究，該項研究成果被美國頂尖學術期刊《科學》（Science）錄用，并于當地時間2013年3月7日以《兩類不同Ia型超新星的證據》（Evidence for Two Distinct Populations of Type Ia Supernovae）為題在線發表.該論文的第一作者和通訊作者均為王曉鋒.

這一研究組還包括美國德州農工大學教授王力帆，美國科學院院士、美國加州伯克利大學教授Alex V.Fillipenko，國家天文臺副研究員張天萌和清華大學物理系2011級博士研究生趙旭林等成員.

在此項研究中，他們發現了低膨脹速度與高膨脹速度的兩類Ia型超新星有著本質的區別，并且在爆炸時拋射物高速膨脹的一類Ia型超新星相對低速膨脹的另一類具有較高的金屬含量和較為年輕的前身星系統.

對于這類特殊的天體，這是一個非常重要的結論，因為它們在當今人們試圖描述宇宙膨脹歷史的研究中起著非常重要的作用.1998年，國際上兩個研究組對遙遠星系中爆發的Ia型超新星進行觀測和研究發現了宇宙加速膨脹這一驚人現象，從而預示宇宙暗能量的存在，這一研究成果在2011年獲得諾貝爾物理學獎.然而，令人感到遺憾的是，Ia型超新星的爆發以及它們的前身星的物理機制仍然是個謎題.幸運的是，近幾年來觀測到的Ia型超新星的數據顯著增長，天文學家能夠探測超新星統計學上的性質，并建立起它們與宿主星系的聯系.

上圖為在鄰近星系NGC 1365中爆發的Ia型超新星.一般認為是Ia型超新星源于雙星系統中的白矮星爆炸.伴星可能是一個巨星、亞巨星、主序星或另一顆白矮星.不同的前身星系統產生的Ia型超新星的光譜特征可能不同，這些性質可能與它們在宿主星系中的位置有關.

王曉鋒領導的研究組研究了數百顆具有良好光度和光譜觀測的近鄰Ia型超新星，從而得出了最新的結論.

該論文在線發表的網址為：http：／／www.sciencemag.org／content／early／recent.

相關研究背景：

白矮星的爆發

Ia型超新星是接近錢德拉塞卡質量極限的白矮星熱核爆炸產生的.但一般的白矮星質量不足以引發爆炸，通常是兩顆白矮星組成的雙星系統或白矮星持續吸積伴星使之達到質量極限.這兩種不同的情況意味著Ia型超新星前身星的年齡、金屬豐度、星周環境有著很大區別.

王曉峰副教授認為：“前身星系統，Ia型超新星爆炸的物理機制，可以通過分析其光譜特性，比較它們的出生環境，如在宿主星系等的位置和表面亮度等進行分析研究”.

超新星和它們的宿主星系

研究發現，高膨脹速度的Ia型超新星相對于低速膨脹的樣本來說，多集中于宿主星系中心且更明亮的區域.此外，高膨脹速度超新星傾向在尺寸更大和光度更強的宿主星系中產生.這些結果表明，高速Ia型超新星可能來源于相對更年輕，更高金屬豐度的宿主星系，并且一般限于有大量化學演化的星系.

作者認為，高速的現象可能是由于超新星爆炸產生的拋射物與白矮星周圍物質相互作用導致密度增加引起的，星周物質可能是吸積盤或充滿的洛希瓣.觀測這種相互作用系統的視角變化或許可以解釋光的偏振變化以及這種偏振變化同高速Ia型超新星的膨脹速度的相互聯系.這與觀測到的高速Ia型超新星的星周環境塵埃多于低速Ia型超新星的現象是一致的.

王力帆教授認為：“或許高速Ia型超新星源于白矮星從伴星吸積物質，而正常速度的Ia型超新星來自白矮星雙星的并合”.

超新星宇宙學給我們的啟示

Ia型超新星爆發拋射物速度與其前身星環境相關的這一發現對用它們作為宇宙標準燭光有重要的影響.因為這兩類Ia型超新星在光極大有不同的顏色，它們的比例可能會隨紅移發生變化.在很遠的距離處，高速膨脹的Ia超新星相對一般的Ia超新星的比例可能變小，因為低金屬豐度環境不利于產生高速Ia超新星，并且在遠距離的星系中心區域進行準確的超新星光譜認證難度也增大了.

Alexei V.Fillipenko教授認為：“這項研究對于利用Ia型超新星精確測量宇宙的膨脹歷史以及揭示暗能量的性質有著極為重要的意義.”