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Herschel图像和蟹状星云的光谱,来自分子离子氩氢化物的发射线此图像基于Herschel上的PACS仪器采集的数据,波长为70微米

在这些长波长下,天文学家可以检测到来自星云中存在的宇宙尘埃在图像下方,显示了来自蟹状星云的远红外光谱

使用赫歇尔的SPIRE仪器,频率范围为450 GHz(对应波长约为660微米)拍摄光谱

)至1400 GHz(对应波长约200微米)图片来源:ESA / Herschel / PACS,SPIRE / MESS关键项目超新星残余团队利用欧空局赫歇尔空间天文台的数据,天文学家已经找到了基于惰性气体的第一个证据太空中的分子 - 蟹状星云气态细丝中的氩化合物利用ESA的赫歇尔空间天文台,天文学家团队首先发现了基于惰性气体的证据空间中的分子氩的化合物,在蟹状星云的气态细丝中检测到这种分子,这是我们银河系中最着名的超新星残留物之一

而氩是超新星爆炸的产物,氩基分子的形成和存在超新星遗迹的恶劣环境是一个无法预料的惊喜就像一群人一样,化学元素的元素周期表有其团队参与者和孤独者的份额,而一些元素往往更容易与其他物种反应,形成分子和其他化合物,其他人几乎没有参与化学反应,主要是孤立地发现“惰性”元素,卓越的是惰性气体:氦气,氖气,氩气,氪气,氙气和氡气其中一种 - 氩气 - 的名称来源于希腊语闲置,强调其高度惰性但惰性气体并非完全不活跃起初科学家们怀疑化学物质甚至可能含有稀有气体, ch物种现在已知并且已经在实验室中进行了广泛的研究在太空中更复杂的事物几十年来,天文学家已经在各种宇宙环境中探测到稀有气体的原子和离子,从太阳系到恒星的大气,从密集的星云到弥散的星际介质但是迄今为止,对基于惰性气体的化合物的研究证明是不成功的,这表明这些几乎惰性的元素可能很难与太空中的其他物种反应一项由大学的Michael Barlow领导的新研究英国伦敦大学,根据欧洲航空航天局赫歇尔空间天文台的数据,发现了太空中这种化合物的第一个证据

结果发表在“科学”杂志上

天文学家团队已经检测到氩化氢(ArH +)的分子排放含有惰性气体氩的离子,在蟹状星云中一种细小的气体和尘埃云,蟹状星云是超新星爆炸的残余物

中国天文学家在1054年观察到“起初,这一发现似乎很奇怪”,Barlow评论说:“爆炸后高温气体仍在高速膨胀,超新星残骸是一个恶劣,充满敌意的环境,其中一个地方我们最不希望找到一种基于惰性气体的分子,“他补充说,当氩离子(Ar +)与氢分子(H2)发生反应时产生氩氢化物,但这两种物质通常存在于星云的不同区域

在最充满活力的区域形成一个恒星或恒星残余的辐射使气体电离,分子在更密集,更冷的气体中形成,这些气体被这种强大的辐射屏蔽起来“但我们很快意识到,即使在蟹状星云,那里是条件适合惰性气体与其他元素反应和结合的地方“在那里,在电离和分子气体之间的过渡区域,氩氢化物可以形成并存活,”Barlow Thi解释道

赫歇尔数据与在其他波长下进行的蟹状星云观测的比较支持了新的图片,这表明他们发现ArH +的区域也表现出更高的Ar +和H2浓度

在那里,氩离子可以与氢反应形成氩氢化物和原子氢的分子在填充这些区域的部分电离气体中,分子经常与离子和自由电子碰撞 这些碰撞激发了ArH +的分子结构,使其旋转;反过来,分子旋转产生了Herschel在蟹状星云谱中检测到的发射特征“这一发现真是偶然的:我们观察了蟹状星云来研究它的尘埃含量但是,除了灰尘的排放之外,我们发现以前从未见过的两条发射线,“来自伦敦大学学院的共同作者Bruce Swinyard说道

鉴定这些线路是一项具有挑战性的任务

为此,天文学家开发了两个广泛的分子光谱数据库,经过漫长的调查

他们将观察到的特征与ArH +发出的两条特征线相匹配“而且还有锦上添花:从分子的发射中,我们可以确定形成它的元素的同位素 - 当我们只看到离子时,我们无法做到这一点,“Swinyard补充说,Herschel数据表明在蟹状星云中发现的氩氢化物是由氩同位素36Ar组成的

这是天文学家第一次发现ld识别超新星遗迹中元素的同位素性质“发现蟹状星云中的氩由 36 Ar组成并不令人惊讶,因为这是整个宇宙中氩的主要同位素”而且它也是在超新星爆炸期间在核反应中合成的主要氩同位素,因此它在蟹状星云中的探测证实了这个标志性星云是由一颗大质量恒星的爆炸性死亡造成的,“巴洛解释说天文学家正在计划与其他设施进行进一步观测

寻找蟹状星云光谱中的新发射线,可能来自含有不同氩同位素的分子

这种分子的检测将使他们能够研究超新星产生的不同同位素的比例,并了解更多关于巨大的恒星死亡“这不仅是第一次在太空中探测出一种基于惰性气体的分子,而且还是对螃蟹的新观点Herschel直接测量了我们期望通过核心坍缩超新星中的爆炸核合成产生的氩同位素,改善了我们对这颗超新星遗迹起源的理解,“ESA的Herschel项目科学家GöranPilbratt总结说明氩同位素发现在蟹状星云中不同于在地球大气层中占主导地位的星云,40Ar,它来自我们星球岩石中存在的放射性同位素钾(40K)的衰变几乎百分之一,氩是第三丰富的天然气

氮气和氧气后的地球大气层,并于19世纪末被发现

该研究基于ESA赫歇尔空间天文台上的光谱和光度成像接收器(SPIRE)收集的数据

天文学家团队检测到两条发射线对应于频率为6175 GHz和12346 GHz的氩氢化物(ArH +)的前两个旋转跃迁为了识别这些品系,他们利用了两个广泛的分子线数据库:科隆分子光谱数据库(CDMS)和马德里分子光谱激发(MADEX)代码Herschel是一个ESA空间天文台,由欧洲主导的校长提供科学仪器调查员联盟和NASA的重要参与SPIRE仪器包含成像光度计(相机)和成像光谱仪相机在250,350和500μm中心的三个波段工作,因此可以在三个子中同时制作天空图像 - 毫米色;光谱仪覆盖的波长范围介于194和671μm之间SPIRE由加的夫大学(英国)和Univ Lethbridge(加拿大)领导的研究机构联合开发

NAOC(中国); CEA,LAM(法国); IFSI,Univ Padua(意大利); IAC(西班牙);斯德哥尔摩天文台(瑞典);伦敦帝国理工学院,RAL,UCL-MSSL,UKATC,Univ Sussex(英国);加州理工学院,JPL,NHSC,大学科罗拉多州(美国)这一发展得到了国家资助机构的支持:CSA(加拿大); NAOC(中国); CEA,CNES,CNRS(法国); ASI(意大利); MCINN(西班牙); SNSB(瑞典); STFC,UKSA(英国);和美国国家航空航天局(美国)赫歇尔于2009年5月14日启动并于2013年4月29日完成了科学观察

出版物:MJ Barlow等人,“在蟹状星云中检测高分子气体分子离子,36ArH +”,科学,2013年12月13日:Vol 342 no 6164 pp 1343-1345; DOI:101126 / science1243582来源:ESA的赫歇尔空间天文台图片:ESA / Herschel / PACS,SPIRE / MESS重点项目超新星残余团队