希望破滅:超亮超新星難以解釋

一種罕見的、超亮的恆星爆炸不符合通常的超新星類別


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從一顆位於一顆安靜、相對可預測的恆星附近的行星的角度來看,導致宇宙其他地方發生劇烈恆星爆炸的情況聽起來有些不可思議。一些這樣的爆炸,稱為 Ia 型超新星,發生在一種被稱為白矮星的小而緻密的恆星(直徑大約與地球相當,但質量是地球的數十萬倍)透過從鄰近恆星吸取物質而變得過大,從而引發熱核爆炸時。另一些災變,稱為 II 型超新星,發生在質量大得多的恆星(其中一些的質量是太陽的數十倍)在自身重量下內爆時。

幸運的是,這些情況發生的頻率足夠低,可以避免人類遭受附近超新星爆發的後果。但是宇宙是一個巨大的地方,像 Ia 型和 II 型超新星這樣的區域性罕見事件在廣闊的空間中發生數量相對較多。現在,一項天空調查發現了一種更加罕見的超新星,這種超新星挑戰了關於這種爆炸如何發生的標準解釋。

加州理工學院的博士後研究員羅伯特·奎姆比在談到這種新發現的現象時說:“它們看起來不像普通的超新星,這是最簡單的說法。” 奎姆比是帕洛瑪瞬變工廠 (PTF) 專案的一部分,該專案使用加州帕洛瑪天文臺的 1.2 米奧辛望遠鏡來定位宇宙中的爆炸,其中一些爆炸非常遙遠,發生在數十億年前,但其爆炸的光線現在才到達地球。PTF 團隊在一項線上發表於 6 月 8 日《自然》雜誌上的研究中描述了這一新型別的超新星。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)

四個新的 PTF 超新星,以及過去幾年中發現的兩個難以分類的事件,都具有相同的無法解釋的特徵:它們異常明亮,並且對其發射光的光譜分析顯示沒有常見超新星成分的痕跡,如氫、鐵和鈣。奎姆比說:“如果你像我一樣檢視數千個超新星光譜,你會立即發現這些光譜很特殊,它們沒有你期望看到的正常波動。”

這種新型超新星的極端亮度,大約是爆炸白矮星產生的典型 Ia 型超新星的 10 倍,使其成為已知最亮的超新星之一。這種亮度使得奎姆比和他的同事能夠在 PTF 發現的 1000 多個各種型別的超新星中發現少數幾個新型超新星,儘管核心坍縮超新星似乎更常見 10,000 倍。

但是,這種新型超新星的亮度究竟是如何產生的仍然未知。超新星從其峰值亮度隨時間衰減的方式與放射性元素的衰變不一致,而放射性元素的衰變正是 Ia 型超新星發光的原因。在像 II 型超新星這樣的核心坍縮災難中,鐵等重元素出現在光譜中,通常伴隨著來自膨脹超新星爆發遇到周圍星周介質中的氣體而產生的氫。

一種可能的超亮爆炸的起源是一顆質量非常大的恆星,大約是太陽質量的 100 倍,它會噴射出一個緻密的貧氫物質殼。如果它隨後發生核心坍縮以引發超新星,那麼超新星驅動的噴射物將與現有的殼碰撞,從而發出明亮的光芒。弗吉尼亞大學的天文學教授羅傑·謝瓦利埃說,天文學家已經發現了一個在爆發事件之前發生的貧氫超新星的先例,他沒有參與這項新研究。但那次爆發的規模太小,無法解釋 PTF 團隊的超新星的亮度。

或者,超新星可能留下了一個磁星,一種具有高度磁性的緻密恆星殘骸,被稱為中子星。磁星的快速旋轉可以為超新星噴射物提供內部動力源來使其發光。但是這種情況也缺乏觀測支援;所有已知的磁星的自轉速度都太慢,無法解釋超亮爆炸的光芒。謝瓦利埃說:“你希望它的形成具有 1 到 3 毫秒的自轉速率,而且我們沒有任何證據表明磁星形成時具有這種自轉速率。因此,至少原則上你可以透過這種方式產生高亮度,但同樣,我們有很多不瞭解的地方。”

奎姆比和他的同事們正在繼續尋找新的事件,並跟蹤超新星隨時間的衰減情況,以觀察它們是如何演化的。他們甚至集結了哈勃太空望遠鏡來收集它們的紫外光譜。奎姆比說:“透過建立整個序列並加入紫外線資料,我們可以更好地瞭解這些事物的物理起源。” 但謝瓦利埃指出,目前,對於新發現的超新星型別來說,這兩種機制都不是完全令人信服的。他說:“它們都有自己的優點和缺點,我不會說科學界已經就這裡正在發生的事情達成共識。”

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