一顆恆星被剪：觀測超新星的精妙藝術非常適合業餘愛好者

9 月的一個晚上，業餘天文學家維克多·布索將他 40 釐米的望遠鏡搬到他在阿根廷羅薩里奧的屋頂天文臺，並將其指向一個相對較近的星系，名為 NGC 613。他說他隨機選擇了它，並表示“在天空那個區域的星系中，NGC 613 的形狀很漂亮，有明亮和黑暗雲環。”

拍攝星系需要大量光線收集；布索花了一個半小時，不顧城市燈光的影響，建立了螺旋星系及其扭曲臂的曝光圖。完整的天文影像通常由一系列組合在一起的影像構成，而布索的前 40 張影像並沒有顯示出任何特別之處。

休息 45 分鐘後，他恢復了觀測——就在那時，他捕捉到了一些大的東西，亮度每分鐘都在增加。一顆長期從其雙星伴星那裡吸取質量的恆星已經坍塌，隨著恆星大氣層的外層被剝離，它產生了一個巨大的衝擊波。布索在 2016 年 9 月 20 日的晚上，當它的光到達地球時捕捉到了這一事件。

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他向天文學界的成員傳送了通知，他們立即採取了行動。布索捕捉到的是 IIb 型超新星的最初階段，其中兩顆質量是太陽 8 到 10 倍的恆星被鎖定在一個致命的引力擁抱中，直到其中一顆爆炸。訊息迅速傳播開來，後續觀測成為一項全球性的努力，澳大利亞的觀測者接替了其他人的工作。拉普拉塔天體物理研究所的梅琳娜·伯斯滕和同事加斯頓·福拉泰利第二天透過 Skype 與布索聊天，開始他們自己從離羅薩里奧一小時車程的觀測點進行的觀測。“天空非常明亮，他很幸運，那天晚上天空晴朗，視野很好，”福拉泰利說。

該合作的初步結果於週三發表在《自然》雜誌上。這是首次及時捕捉到這種超新星的初始衝擊波，使天文學家能夠徹底瞭解這些強大恆星事件的最初幾個小時。（美國宇航局的開普勒望遠鏡在 2016 年捕捉到了類似的超新星的官方首次閃光，但該事件的距離和時間使得後續跟蹤變得困難。）布索早些時候發現了一顆新的變星和一顆以前未被發現的小行星，“但是發現和記錄如此早期的超新星，這是迄今為止人類歷史上最早的一次，這讓我非常感動，”他透過電子郵件寫道。

新論文的第一作者伯斯滕說，這顆名為 SN 2016gkg 的超新星現在正在平靜下來，足以讓天文學家尋找其伴星的遺骸。星雲——爆炸產生的發光電離氣體和塵埃外殼——應該很快冷卻並褪色至相對透明，從而可以看到受損的剩餘恆星。“我們預計它會在那裡，或多或少在超新星所在的同一位置，”伯斯滕說。“我們唯一需要做的就是等待一段時間，讓超新星足夠[穩定]。”

業餘時間

據研究超新星的澳大利亞國立大學的天體物理學家布拉德·塔克稱，宇宙中每秒鐘都有 50 顆恆星爆炸，但大多數都太遙遠，無法從地球上看到。塔克說，其他一些沒有被發現是因為它們太近了：其中一些被星際塵埃遮擋，而另一些對於專業天文臺望遠鏡來說太耀眼，無法聚焦；它們只表現為模糊的光斑。許多大型天文臺是為更遠的目標或那些從地球上看起來非常微弱的光線而設計的。因此，更具能量的事件可能更像是一個手電筒直接照進人的眼睛，而不是在天文客廳裡開啟一盞燈。

這些因素使得業餘天文學家非常適合捕捉相對清晰的超新星。他們的望遠鏡和成像裝置更適合較亮的物體，而且他們傾向於在晚上專注於少數幾個目標，而不是監視整個夜空的大型天文臺巡天。塔克在公民科學網站 Zooniverse.org 上領導一個名為超新星觀測的專案，正是出於這個原因而招募業餘愛好者。“因為業餘愛好者可以專注於每晚只觀測幾個星系，如果他們要捕捉到什麼，他們會很快捕捉到，”塔克說。

有時，專業天文臺可能會發現一顆正在出現的超新星，然後轉向業餘愛好者，以幫助收集更多急需的資料。一些業餘天文學家可能只使用人眼可見的光波長，而另一些人可能會嘗試在其他頻率（如紅外線）中看到它。還有一些人建立了自己的光譜儀——測量恆星或其他物體發出的化學痕跡的感測器。“他們發現的 [超新星] 沒有專業巡天那麼多，”塔克說。“但通常當他們發現一些東西時，它比我們發現的要重要得多。”

主要事件

就超新星而言，IIb 型不是最稀有的形式。過去幾十年裡發現了一些；大多數恆星都是成對誕生的，它們的恆星關係並不總是共生的、付出和給予的關係。然而，罕見的是能夠足夠早地捕捉到一個超新星，以觀看其最初的時刻，即質量較大的恆星的核心坍塌成緻密的中子星或黑洞，並剝離了即將成為超新星的氫包層，天文學家稱之為“衝擊爆發”。

SN 2016gkg 是一顆標準的 IIb 型超新星，與通常在後期看到的超新星幾乎沒有區別，“這使得這種早期檢測更加有用，”查爾斯頓學院的恆星天體物理學家阿什利·帕格諾塔說，她沒有參與這篇新論文。透過捕捉最初的幾個時刻，天文學家可以將觀測結果與超新星如何演化的預測模型相匹配。如果把超新星比作一本書，我們通常只看到中間和結尾。現在天文學家有了開頭。“你在內部看到了核心的初始坍塌，當它撞擊並反彈出去時，你會從那裡得到衝擊波，”帕格諾塔說。“我們對[衝擊波]瞭解不多，部分原因是我們通常看不到它。關鍵是，由於它是最初從核心逸出的衝擊波，它非常快，並且亮度會非常快地升高。”

衝擊爆發發生在幾個小時的時間尺度上，儘可能多地捕捉到它是理解這些初始階段的關鍵。據伯斯滕稱，這一初始事件具有爆炸性，在這種情況下，可能會從爆炸的恆星中留下一顆中子星。

最新捕捉到的事件，像大多數超新星一樣，並沒有保持長時間的明亮。“它正在下降，現在變得非常、非常微弱——比發現時微弱數百甚至數千倍，”該論文的合著者福拉泰利說。即將到來的哈勃太空望遠鏡觀測可能會揭示 SN 2016gkg 的剩餘部分，仔細分析剩餘的星雲，以尋找雙星加速進入未知區域的跡象。

下一個此類超新星可能會被帕洛瑪天文臺的茲威基瞬變裝置等儀器發現，這是一個專門為監測天空中短暫事件而設計的自動化望遠鏡。或者，也許一位幸運的觀測者（專業或業餘）會偶然發現下一次事件。但無論誰捕捉到它——以及在哪裡捕捉到它——業餘愛好者很可能被證明對於收集一些更細緻的恆星大爆炸資料至關重要。尤其是如果它發生在我們自己的星系中。

“如果[銀河系]發生下一個可見的銀河系超新星，任何專業望遠鏡都無法看到它；它太亮了，”帕格諾塔說。“尤其是在早期，我們將幾乎完全依賴業餘愛好者。”