国外关于冲击波的研究论文

一颗爆炸恒星的冲击波中的原子有多热? 对附近超新星SN1987A的新研究回答了长期以来的争论一种测量恒星爆炸死亡过程中原子温度的新方法将帮助科学家们理解超新星爆炸产生的冲击波。一个国际研究小组的研究,包括宾夕法尼亚州立大学的科学家,结合观察附近的超新星遗迹——恒星爆炸后剩下的结构与模拟为了测量温度缓慢的恒星周围的气体原子的被加热的材料向外推动的。 研究小组利用NASA的钱德拉x射线天文台分析了附近超新星遗迹SN1987A的长期观测结果，并建立了一个描述超新星的模型。研究小组证实，即使是最重原子的温度——目前尚未被研究——也与它们的原子量有关，这回答了一个长期存在的关于冲击波的问题，并提供了有关其物理过程的重要信息。一篇描述这一结果的论文发表在2019年1月21日的《自然天文学》杂志上。 “超新星爆炸及其残骸为我们提供了宇宙实验室，使我们能够在地球上无法复制的极端条件下 探索 物理学，”宾夕法尼亚州立大学(Penn State)天文学和天体物理学教授、论文作者之一戴维·布伦斯(David Burrows)说。“现代天文望远镜和仪器，无论是地面的还是太空的，都使我们能够对银河系和附近星系的超新星残骸进行详细的研究。我们使用NASA的钱德拉x射线天文台对超新星遗迹SN1987A进行了常规观测，钱德拉x射线天文台是世界上最好的x射线望远镜，自1999年钱德拉望远镜发射后不久，我们使用模拟来回答关于冲击波的长期问题。 像SN1987A这样的大质量恒星的爆炸死亡将物质以高达光速十分之一的速度向外推进，将冲击波推入周围的星际气体。研究人员特别感兴趣的是激波前沿，即超音速爆炸与环绕恒星的相对缓慢移动的气体之间的突变。激波前缘将这种缓慢移动的低温气体加热到数百万度——这一温度足以让这种气体发出从地球上可以探测到的x射线。 Burrows说:“这种转变类似于在厨房水槽中观察到的，当一股高速水流撞击洗涤槽时，向外平滑地流动，直到它突然升高，变成湍流。”“在地球大气中，激波锋被广泛研究，它们发生在一个非常狭窄的区域。但在空间中，激波的转变是渐进的，可能不会以同样的方式影响所有元素的原子。 由意大利巴勒莫大学的Marco Miceli和Salvatore Orlando领导的研究小组，测量了激波前沿后不同元素的温度，这将提高对激波过程物理学的理解。这些温度预计与元素的原子量成正比，但很难精确测量。先前的研究导致了关于这种关系的相互矛盾的结果，并且没有包括具有高原子量的重元素。研究小组求助于超新星SN1987A来解决这个难题。 超新星SN1987A位于附近的大麦哲伦星云，是自1604年开普勒超新星发现以来第一颗肉眼可见的超新星。它也是第一个用现代天文仪器详细研究的天体。1987年2月23日，它爆炸发出的光第一次到达地球，从那时起，人们观测到了各种波长的光，从无线电波到x射线和伽玛波。研究小组利用这些观测结果建立了一个描述超新星的模型。 布伦斯说:“我们现在可以准确地测量硅和铁等重元素的温度，而且已经证明，它们确实遵循这样的关系，即每个元素的温度与该元素的原子量成正比。”“这个结果解决了理解天体物理冲击波的一个重要问题，并提高了我们对冲击波过程的理解。”

美国国家航空航天局的钱德拉x射线望远镜发现了四个不同的星系团，它们经历了长达20亿年的碰撞过程。NASA表示，最终，所有四个质量至少是太阳质量数百万亿倍的星团将合并成宇宙中最大的天体之一。 星系团已经是宇宙中最大的引力约束物体。NASA表示，这样的星系团由数百个甚至数千个星系组成，它们嵌在炽热的气体中，并包含了更大数量的看不见的暗物质。 最近发表在《天体物理学杂志》的一篇论文详细阐述了钱德拉的观测结果。再加上来自印度巨型米波射电望远镜(GMRT)的数据和来自欧洲航天局XMM -牛顿宇宙飞船的额外x射线数据，这些新的观测揭示了正在进行中的星系合并。 这个被称为Abell 1758的星系团距离地球约30亿光年，位于小型的北部Canes Venatici 星座 。美国国家航空航天局表示，2004年，天文学家首次利用钱德拉和欧洲航天局(ESA)运行的XMM-牛顿卫星的数据，确认了1758年的阿贝尔星系是一个四重星系团系统。它由一个更大的北部星系团和一个南部星系团组成。 北方的一对星系正在发生碰撞。事实上，NASA说，钱德拉的数据第一次揭示了类似音爆的热气体冲击波。 “我们对该系统进行的新的X射线观察使我们了解到，至少有一个集群合并产生了强大的冲击波，类似于超音速飞机，”该论文的主要作者，Gerrit Schellenberger, 哈佛和史密森尼天文中心博士后研究员说。 美国国家航空航天局表示，从这个冲击波中，研究人员估计这两个星团的相对速度大约是每小时200万到300万英里。作者指出，这种剧烈的星系团合并会留下热气体的冲击，在x射线光谱中可以清楚地看到它们的碰撞痕迹。天文学家反过来利用这些冲击来描绘星系内部的碰撞，也就是星系之间的巨大空间。 舍伦伯格说，目前还不清楚合并何时结束。他说，如果我们假设这两个星团以典型的合并速度相互靠近，那么它们第一次相遇就需要20亿年，然后再过几十亿年才能形成一个系统。 研究这些星系团合并的一个重要原因是要确定正常的所谓重子物质如何将这些星系团和宇宙网络本身的结构联系起来。 天文学家们知道，星系团是由气体、尘埃和看不见的外来暗物质组成的长丝在星系间的介质中连接起来的。但是它们缺少关于它们是如何沿着这些长链网状细丝连接的细节。 作者写道，迄今为止，只有少数这样的星系团对与连接的丝状结构被观察到。由于目前的x射线观测数据还不具有结论性，所以这两个Abell 1758星团是否是更大的长丝的一部分这一问题还没有得到最终的答案。 但是，如果宇宙学家想要获得所有他们需要的信息来回答关于宇宙本质的悬而未决的问题，那么观察这些合并就很重要。 “研究这些非常巨大的物体对宇宙学来说也是必要的，在宇宙学中我们研究整个宇宙;它所含物质的量;其膨胀率;以及它在遥远未来的命运。”

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