当前超新星遗迹研究中的若干热点问题

对银河系内历史性超新星"回光"(light echoes)的观测是研究年轻超新星遗迹的重要手段。通过对"回光"进行观测,可以确认其前身星的物理特性,揭示恒星晚期演化过程和其星周介质的三维空间分布。历史性超新星直接"回光"极其暗弱,对其探测最近几年才因新技术的应用而得以实现。综述了河内超新星遗迹包括仅有的已探测到回光现象的两颗年轻超新星遗迹——第谷(SN1572)和仙后座A(CasA)的最新研究进展。研究结果有利于更好地理解Ⅰ型和Ⅱ型超新星的性质,区别两类超新星的爆发机制,加深对超新星的核合成、重元素合成、星系形成和演化、暗能量等的了解。讨论了利用回光观测可以进一步深入开展的研究课题。     

脉冲星的起源——脉冲星和超新星遗迹的关系

现在,脉冲星被普遍认为是在超新星爆发中产生的中子星,本文就此观点综述了超新星遗迹和脉冲星关系的研究状况。观测资料表明,流行的观点不足以解释脉冲星和超新星遗迹在成协性、诞生率和分布上的分歧。文中对这些分歧的各种可能的解释作了讨论。     

一颗古老的超新星

脉冲星——快速自转的中子星是在成为超新星的恒星爆发中诞生的。但银河系的超新星实在太少了,只有蟹云脉冲星的诞生有精确的日期。     

毫秒脉冲星

毫秒脉冲星PSR1937 214的发现是近几年天体物理学中的一次重要事件。本文介绍了该星的发现史和主要观测事实。该星自转周期为1.557806449023毫秒,是转动最快的脉冲星。周期变率为1.24×10~(-19)秒/秒。在它的周围没有明亮的超新星遗迹。这颗脉冲星的引人注目的特征是磁场低和在P—P图上位置独特。文中还评述了解释这颗脉冲星的四种模型;(1)起源于吸积X射线双星的中子星,通过从伴星吸积物质而加速到毫秒周期;(2)Michel和Dessler提出的盘模型脉冲星中的普通一员;(3)双中子星并合体;(4)辐射年龄小的脉冲星。最后一种可能性是本文作者提出的。根据具有相似特征的脉冲星倾向于分布在同一条PP~(-5)等值线及可按等值线排成演化序列的事实,作者按光速圆柱磁能衰减来定义脉冲星辐射年龄t:B/8π∝PP~(-5)=C_0exp(-2t/τ)(τ为磁能衰减时标),井据此认为PSR1937 214和蟹状星云脉冲星、船帆座脉冲星都是辐射年轻的。     

大、小麦哲仑云中超新星爆发能量的估计

本文根据超新星遗迹的射电演化的理论和X射线辐射理论,导出了直接由射电观测的流量密度和X射线光度表示的超新星爆发能量,并应用这一结果估计大、小麦哲仑云中超新星的爆发能量。计算表明,大、小麦哲仑云中的绝大部分超新星,其爆发能量在10~(49)ergs—10~(51)ergs之间,而Ⅰ型超新星爆发的能量系统地比Ⅱ型要小,在10~(49)ergs的量级。本文还讨论了统计的N-D关系和理论导出的N-D关系之间不一致的最可能原因是由于样品的不完备性,并指出在大、小麦哲仑云中,绝大部分的线径大的源仍然处于绝热膨胀相。     

新前身星模型对超新星爆发的影响

采用2002年Woosley给出的前身星模型,使用"WZYWS9"程序数值模拟了质量为11-40M⊙的Ⅱ型超新星的爆发过程.计算结果显示新模型对Ⅱ型超新星塌缩、激波传播及爆发都有不同程度的影响.此外,还讨论了激波初始能量的定义.     

脉冲星和超新星

在脉冲星发现以前 ,就有科学家预言超新星爆发可以产生中子星。目前已经在银河系中发现千颗以上的脉冲星 ,可是自 1 7世纪发明天文望远镜以来 ,还没有在银河系中发现一次超新星爆发 ,仅仅是从古代的观天记录中确认了八九次超新星爆发。1 967年发现脉冲星后不久 ,相继在船帆座超新星遗迹和蟹状星云中发现脉冲星 ,这极大地支持了中子星源于超新星爆发的理论 ,也解决了蟹状星云能源之谜。但是 1 572年爆发的第谷超新星和 1 667年的仙后座超新星都比蟹状星云超新星年轻得多 ,在它们的遗迹中却怎么也找不到脉冲星。目前银河系中已发现近 2 0 0个…     

磁星的观测特性和理论模型

磁星(magnetar)是一类有着极强磁场的致密天体,它们的外部磁场强度是典型中子星磁场强度的100～1 000倍。在过去几十年中,软γ射线复现源(SGR)和反常X射线脉冲星(AXP)被认为是最有可能的磁星候选者。磁星有着独特的能谱性质和光变特征,它的观测现象丰富多彩,其观测波段跨越了射电、红外、光学、X射线和γ射线等。近些年来,多种理论模型也相继被提出来,以解释其独特的性质。以正常脉冲星为例,介绍了磁星与通常中子星的不同性质,详述了磁星在多波段的能谱、光变及周期跃变现象等观测特性,总结了为解释磁星的特殊性质而建立起来的多种理论模型,并详述了中子星框架下的扭曲磁层模型。此外还介绍了其他候选模型。     

探究双脉冲星候选体PSR J1906+0746的物理性质

PSR J1906+0746是2006年发现的一颗自旋周期为144 ms的射电脉冲星,由于探测到的是第2颗形成的非自转加速伴星,主星和伴星组成的系统极有可能成为另一对双脉冲星.从PSR J1906+0746的基本物理量出发,针对性地对比研究双中子星和脉冲双星(包括中子星-白矮星)的磁场-周期关系,大致得出他们的演化路径;其次通过双中子星的形成机制以及双星形成过程中的物质损失,假定非自转加速的伴星形成于电子俘获,得出伴星前身星的质量约为1.57 M⊙,在形成双中子星系统过程中损失了约0.23 M⊙.这可能是由于电子俘获能量较低,不能抗衡伴星的引力束缚能,最终抛出物质没有逃逸,形成了一个椭圆环,成功解释了在X射线波段观测到的围绕着PSR J1906+0746的环结构.     

年轻脉冲星周期-磁场分类及演化

年轻脉冲星多处于超新星遗迹(Supernova Remnant, SNR)中, 其分为转动供能脉冲星(Rotation-powered SNR-PSR)、磁星(Magnetar)和中心致密天体(Central Compact Object, CCO), 这3类年轻脉冲星有着不同的自旋周期及磁场强度分布. % 其中, 遗迹磁星(SNR-Magnetar)的平均自旋周期比转动供能遗迹脉冲星大近一个量级, 平均磁场强度高近两个量级. % 同时, 中心致密天体比转动供能遗迹脉冲星的平均磁场强度低近两个量级. % 这3类年轻脉冲星不同的物理性质, 可能源于其不同的前身星或不同的超新星爆发过程, 也可能源于其中子星诞生后的不同演化过程. % 此外, 转动供能遗迹脉冲星比年轻的转动供能非遗迹脉冲星具有更快的平均自旋周期、更大的平均磁场强度和更短的平均特征年龄. % 这暗示新诞生的中子星经时间约为$10^5$--$10^6$yr的演化过程, 其自旋速度将减小近一半, 同时其磁场强度也将衰减近一半.     

射电脉冲星的逆康普顿散射（ICS）模型和偏振观测

近来我们在射电脉冲星的逆康普顿散射模型,致密星物理以及一些相关问题上做了下列几项工作：１） 对脉冲星物理中的一系列基本理论进行了较深入的研究,包括对裸奇异星比中子星更可能是射电脉冲星之起源的观点的论证。２） 进一步发展了射电脉冲星的逆康普顿散射（ＩＣＳ） 模型并完成了一系列相关工作。３） 进行了脉冲星的偏振分析和有关观测工作,并用其结果对银河系磁场和旋臂结构进行了分析。４） 研究了黑洞脉冲星双星系统的一些特性,为黑洞的搜寻工作作了初步准备。     

脉冲星的光度、磁场和演化

中子星是恒星在核能源已经耗尽的情况下引力坍缩的产物。它仍然具有很高的温度 ,热能将以黑体辐射的形式辐射出去 ,但是这种能量通过各种冷却过程而耗散 ,不可能是脉冲星的主要能源。脉冲星的引力特别强 ,如果它是双星系统的成员 ,而且伴星不是致密星时 ,伴星的物质有可能被吸积到脉冲星上 ,被吸积物质的引力势能可以转化为别的能量形式 ,Ｘ射线脉冲双星就属于这种情形。但是大多数脉冲星不是双星系统 ,在约占脉冲星总数 5%的双星系统中 ,绝大多数的伴星都是白矮星或中子星 ,所以引力能不是脉冲星的主要能源。脉冲星的能量来自何方 ?地球有…     

Ia型超新星的爆发机制及其前身星模型

Ia型超新星作为测量遥远星系距离——从而测定宇宙膨胀速率——的“标准烛光”，已经成为宇宙学中具有重要意义的天体。从某些方面来讲，Ia型超新星仍属于神秘天体(或爆发事件)，其前身星及爆发模型还没有得到很好的理解，当前的观测不足以对理论模型作出精确的限制。然而有很好的理由相信大多数Ia型超新星可能是由接近钱德拉塞卡质量极限(≈1.39M⊙)的碳—氧白矮星通过聚变中心的碳和氧所引发的热按爆炸产生的。至于这一爆发通过何种机制完成，例如具体到Ia型超新星爆发时的流体动力学过程，仍存在分歧。最近爆燃阶段的三维数值模拟结果似乎表明，在Ia型超新星爆发晚期引入爆轰机制是没有必要的。另一方面，尽管当前的多数证据表明，C—O白矮星 主序星(或红巨星)的演化模式比C-O白矮星 C-O白矮星的演化模式可能更合理，但双简并白矮星的前身星模型并不能被排除，因为它们能解释一些特殊的Ia型超新星爆发。     

超新星SN 1987A的热光度演化──内部中子星的贡献

本文介绍了超新星SN1987A爆发六年多来其热光度演化的研究情况．爆发后的前800天，观测的热光度曲线与由超新星爆发时合成的放射性元素的放射衰变加热模型符合得很好．但900天以后，观测的热光度曲线比考虑了所有放射性元素贡献后的理论曲线下降得还要缓慢．这可能表明有新的能源在起作用．我们认为这个新的能源可能是超新星爆发时产生的中子星的吸积．通过吸积超新星爆发时抛射气壳中小于逃逸速度的部分物质而增大SN1987A的热光度．这一模型能很好地解释900天以后的光度曲线的下降变级以及900至1200天之间光度曲线的凸起，这也为内部中子星的存在提供了间接的证据．     

特殊类型脉冲星的研究进展

脉冲星是演化末期的大质量恒星经过核坍缩形成的产物,它们在天体物理学、粒子物理学和卫星导航等方面具有重要的应用。自脉冲星发现50年来,其观测和理论研究取得了巨大进展。脉冲星主要在射电波段被探测到,部分脉冲星也有X射线和γ射线等波段的辐射,它们的信息非常丰富。根据其不同的观测特征可以把脉冲星分为多种类型。主要对射电、X射线以及γ射线波段的特殊类型脉冲星,包括旋转射电暂现源、间歇脉冲星、态转换X射线脉冲星、磁星、暗X射线孤立中子星、中心致密天体以及γ射线脉冲星的基本性质及其研究进展进行综述。     

NGC 4321中超新星1979_c的照相研究

1979年4月23日—12月27日,我们用北京天文台40/200cm双筒天体照相仪对旋涡星系M100(NGC 4321)中的亮超新星SN1979c进行了照相观测.本文简述了观测情况,并结合前人的观测,分析讨论了我们的结果. 它的光变曲线可以`划分为四个阶段.5月8日—6月5日间光变曲线有驼峰状突起.其光度变化既不同于Ⅰ型超新星,也与典型的Ⅱ型超新星不完全吻合. 计算得到超新星亮度极大时的绝对照相星等为M_(pg)(max)=-19~(m)78;极大光度L_SN(max)=1.076×10~(10)L⊙. 我们利用Balinskaya和Carney等人1980年发表的三色测光资料计算了这颗超新星在不同时刻的色温度变化,推算出它极大时刻的色温度约为T_c(max)≈9.0×10~3K. 爆发期间超新星辐射的总能量E_t=4.2×10~(16)L⊙. 根据这颗超新星的光变曲线、在星系中的位置及爆发期间辐射的总能量等主要特征,我们认为SN1979c是某些性质比较特殊的II型超新星.     

用50m射电望远镜作脉冲星观测与研究

国家天文台正在研制的50m射电望远镜将投入脉冲星观测与研究，推动我国的脉冲星工作。本文回顾了自第1颗脉冲星发现后35年来脉冲星观测取得的成果，和理论研究获得的重大进展，并讨论我国脉冲星工作可能开展的观测与研究。当今世界脉冲星观测与研究虽然还有许多遗留问题，但是作为中子星基本观测事实已被确认。脉冲星的应用也已经走上了历史舞台。如果利用50m射电望远镜对脉冲星的特殊活动现象进行观测与研究，可能获得突破性的进展。     

低纬度未证认γ射线源的起源问题的探讨

对银道面附近(|b|<5°)未证认的伽玛射线源和年龄小于106年的银河系年轻脉冲星之间的成协的可能性进行了统计研究.结果表明,年轻脉冲星可能说明大多数未证认EGRET源,它们和超新星遗迹以及OB星协在位置上成协.其表现为有2/3是年轻射电宁静脉冲星,1/3是年轻射电脉冲星.对这些未证认γ射线源的变化性的研究发现,它们中的大部分都是不变的.同时我们预期,GLAST的空间探测将可能在银道面附近(|b|<5°)中检测到≈80N100颗射电脉冲星和≈1100N100颗未证认γ射线源,这里N100是以100年为单位的中子星生成率.     

超新星SN 1987A的热光度演化—内部中子星的贡献

本文介绍了超新星ＳＮ１９８７Ａ爆发六年多来其热光度演化的研究情况。爆发后的前８００天，观测的热光度曲线与由超新星爆发时合成的放射性元素的放射衰变加热模型符合得很好。但９００天以后，观测的热光度曲线比考虑了所有放射性元素贡献后的理论曲线下降得还要缓慢。这可能表明有新的能源在起作用。我们认为这个新的能源可能是超新星爆发时产生的中子星的吸积。通过吸积超新星爆发时抛射气壳中小于逃逸速度的部分物质而增大ＳＮ     

反常X射线脉冲星的研究进展

反常X射线脉冲星（Anomalous X-ra Pulsars，简称AXP）是一类特殊的X射线源。与X射线脉冲星（通常处于大质量X射线双星系统中）相比，它们具有以下特征：X射线谱较软、光度低页稳定（≈10^27－10^29J.s^-1）、自转周期集中在10s左右稳定增长、迄今没有找到它们的光学、红外、射电的对应体、有一些可能戌超新星遗迹成协等。由观测到的自转周期变化可以确定它们的自转能损不足以提供有X射线辐射。解释AXP能源机制的理论模型目前主要有两大类：在吸积模型中，AXP被认为具有正常磁场强度（≈10^8T）的中子量，物质吸积提供X射线辐射原能源，并造成中子星的自转变化；另一种观点认为AXP是具有超强磁场（≈10^10-10^11T）的中子量（即磁星），其辐射能源来自它们巨大的磁或残余的热能，观测到的自转周期及其变化被归因子中子星的磁偶极辐射和物质抛射。两种模型各有优缺点，但目前看来观测事实对磁星模型较为有利。为了进一步明确AXP的性质，提供解释它们能源机制的线索，在介绍AXP的基本观测特征和理论解释的基础上，还将AXP与射电脉冲星、特强磁场射电脉冲量、射电宁静脉冲星侯选体及软γ射线复现源分别进行了比较。