科学家在超新星爆炸几小时后就发现了它

谈论轰然灭亡。质量比太阳大 10 倍的恒星往往会在被称为超新星的巨大爆炸中消亡。

科学家们还不确定这些恒星为何以及如何在生命即将结束时爆炸，但最近对一颗六小时大的超新星的观测——迄今为止观测到的最年轻的超新星——揭示了这颗恒星的最后时刻。研究结果于周一发表在《自然物理学》上。

走向新星

恒星本质上是聚变反应堆。年轻恒星在核心内将氢结合成氦等较重元素。随着恒星年龄的增长，聚变会产生越来越重的元素，直到形成铁核。当恒星耗尽氢燃料，其核心变得越来越重时，它会自行坍缩，引发所谓的 II 型超新星。

但最后时刻究竟发生了什么仍是一个谜，因为恒星在垂死挣扎的景象非常罕见。“从统计学上讲，目前我们银河系中很可能连一颗距离爆炸时间在 1 2025 年内的恒星都不存在，”天体物理学家诺伯特·兰格 (Norbert Langer) 在一篇关于新超新星观测的评论中写道。

科学家发现，在某些罕见类型的超新星中，恒星在坍缩前会向外层喷发气态物质。但目前尚不清楚这一过程是否是更常见类型的超新星的正常现象。当科学家发现一颗爆炸的恒星时，这颗超新星已经存在了好几天——到那时，爆炸已经将物质的外壳和其中所含的任何线索都卷走了。

超新星诞生

2013 年 10 月 6 日，加州帕洛玛中级瞬变工厂 (iPTF) 的自动巡天观测在爆炸发生仅三小时后就探测到了 SN 2013fs，它位于一个邻近星系中，距离我们 1.6 亿光年。在首次探测到 SN 2013fs 的几个小时内，其他天文台的科学家抓住了这个难得的机会来研究这颗新生的超新星，他们将望远镜对准这颗爆炸的恒星，测量其辐射。

他们的观测表明，这颗恒星曾是一颗红超巨星，并且其 II 型超新星向外爆炸的最大速度约为每小时 224,000 英里。

他们还发现，在爆炸之前，这颗恒星被一个物质盘包围着，而这些物质是它在炽热消亡前一年喷出的。研究结果证实，II 型超新星（最常见的超新星类型，约占所有爆炸恒星的 50%）在爆炸前会形成这些气体壳。

“这颗恒星就好像‘知道’它的生命即将结束，因此在最后的呼吸过程中以更快的速度喷出物质，”该研究的共同作者、以色列魏茨曼科学研究所的天体物理学家奥费尔·亚隆 (Ofer Yaron) 说。

当冲击波从恒星中爆发出来时，它们使气体外壳中的物质电离，使地球上的仪器能够看到围绕着这颗红超巨星的东西。光谱显示，其中含有 VI 氧，这是一种高度电离的氧状态，此前在超新星光谱中从未检测到过，亚伦说。“那是因为我们在它非常年轻和炎热的时候捕捉到了这一事件。”

研究人员认为，在恒星生命的最后几天，恒星喷出了大量物质，在核心坍缩前迅速失去质量。他们怀疑这种物质喷出可能会破坏恒星的稳定性，导致核心坍缩和超新星爆发。这意味着爆炸恒星的结构与物理学家之前的假设不同。然而，他们仍在试图解释为什么恒星在生命的最后几天和几年里会失去如此多的质量。

未来的望远镜或许能提供帮助。兹维基瞬变工厂将于今年晚些时候取代 iPTF，它将能够比其前身多勘察 10 倍的夜空。魏兹曼研究所和加州理工学院提议建造的名为 ULTRASAT 的太空望远镜旨在探测超新星爆炸后几分钟内发出的首个紫外线信号。如果这项任务得到支持，它将“开启 [超新星] 探索和研究的全新阶段”，亚隆说。