一顆持續多年的超新星爆發的出現，挑戰了科學家們目前對恆星形成和死亡的理解，目前正在進行工作以解釋這種奇異現象。
質量是太陽八倍以上的恆星在其生命的盡頭會發生被稱為 超新星的壯觀爆炸。這些是宇宙中最劇烈的現象之一。一顆垂死恆星的亮度可以在短時間內與整個星系匹敵。由超大質量恆星形成的超新星通常亮度迅速達到峰值，然後隨著衝擊波能量的喪失，在約 100 天的過程中逐漸消退。
相比之下，根據位於加利福尼亞州戈利塔的拉斯昆布瑞天文臺（Las Cumbres Observatory）的宣告，新分析的超新星 iPTF14hls 在兩年多的時間裡變得更暗和更亮，該天文臺跟蹤了該天體。 該發現的詳細資訊 於 11 月 8 日發表在《自然》雜誌上。[開普勒行星探測望遠鏡首次拍攝到超新星衝擊波影像]
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一個不起眼的發現
超新星 iPTF14hls 於 2014 年 9 月 22 日在聖地亞哥的一家合作望遠鏡首次探測到時，並不引人注目。加州大學聖巴巴拉分校的天文學家、主要作者伊爾·阿爾卡維（Iair Arcavi）告訴 Space.com，光譜是 II-P 型超新星（天文學家看到的最常見型別）的教科書式範例。他說，而且這顆超新星看起來已經在衰退了。
該天文臺正處於一項為期 7.5 年的合作巡天調查的中期，因此阿爾卡維專注於更有希望的天體。但在 2015 年 2 月，冬天為阿爾卡維工作的學生鄭春黃（Zheng Chuen Wong）注意到，該天體在過去五個月裡變得更亮了。
阿爾卡維說：“他給我看了資料，他[問]：‘這正常嗎？’我說：‘絕對不正常。這非常奇怪。超新星不會那樣做。’”阿爾卡維說。
起初，阿爾卡維認為這可能是我們星系中的一顆本地恆星，因為它更近，所以看起來更亮，他說。許多恆星也以亮度變化而聞名。但光譜特徵顯示，該天體確實位於一個距地球約 5 億光年的 小型不規則星系 中。
而且這個天體變得越來越奇怪。100 天后，這顆超新星看起來只有 30 天大。兩年後，這顆超新星的光譜仍然像爆炸僅 60 天時那樣。這顆超新星最近從地球的太陽背後出現，阿爾卡維說，大約三年後，它仍然很亮。但是，當亮度只有峰值亮度的百分之一時，該天體似乎終於在逐漸消失。
阿爾卡維說：“不過，需要明確的是，沒有現有的模型或理論可以解釋我們擁有的所有觀測結果。”這顆超新星可能會逐漸消失；它可能會變得更亮，或者可能會突然消失。
阿爾卡維不確定的一個原因是，1954 年在同一位置也觀測到一顆超新星。這意味著阿爾卡維一直在觀測的事件，無論它是什麼，實際上可能已經持續了 60 年。阿爾卡維說，這兩個事件不相關的可能性為 1% 到 5%，但這將更加令人驚訝。天文學家從未觀察到在數十年後在同一地點出現不相關的超新星。阿爾卡維說：“我們已經超越了模型的前沿。”
超越前沿
加州大學聖克魯茲分校的天體物理學家斯坦福·伍斯利（Stanford Woosley）告訴 Space.com：“我不確定，我認為也沒有其他人確定，到底發生了什麼。”“然而，它確實發生了，因此它需要解釋。”
伍斯利與這項研究無關，但他是在努力理解該事件的理論家之一。他說，有兩種假設顯示出解釋它的希望。
第一個涉及著名的方程 E = mc2。阿爾伯特·愛因斯坦用這個公式證明了物質和能量是 根本上可以互換的。恆星透過將物質轉化為能量來燃燒， 聚變較輕的元素 （如氫和氦）成較重的元素，這些元素在恆星核心中積累，並釋放能量。伍斯利說，當質量超過太陽 80 倍的恆星達到 10 億攝氏度（18 億華氏度）的溫度時，這種能量-物質等價性會產生電子及其反粒子對應物——正電子對。這個過程會奪走恆星的能量，因此天體會收縮。
但隨著這種情況的發生，恆星核心的溫度會升高。在 30 億攝氏度（54 億華氏度）時，氧氣發生爆炸性聚變，噴射出大量物質並重置迴圈。伍斯利解釋說，這個過程會重複進行，直到恆星達到穩定的質量。當噴射出的物質殼層的前沿撞擊先前殼層的後緣時，它會以光的形式釋放能量。
恆星繼續聚變氧氣和質量更大的元素，直到鐵為止，此時反應無法釋放足夠的能量來阻止恆星自身坍縮。最終，像 iPTF14hls 這樣的恆星將會 坍縮成黑洞，而不會再次爆炸，伍斯利說。
這種稱為脈動對不穩定性 (PPI) 超新星的現象可以解釋 iPTF14hls 的持續光度以及天體亮度的變化。伍斯利說，這種解釋將要求恆星的質量是太陽質量的 105 倍。然而，PPI 模型無法解釋 iPTF14hls 釋放出的巨大能量。阿爾卡維說，2014 年的第一次爆炸比模型預測的所有爆炸的總能量還要多。
更重要的是，這種現象尚未得到觀測驗證。伍斯利說：“質量在太陽質量的 80 到 140 倍之間的恆星，會發生這種事情，它們必須存在，而且它們必須死亡，所以，在某個地方，這種情況必須正在發生。”但他說，目前還沒有人見過。
磁超風暴
另一種解釋涉及質量是地球太陽 20 到 30 倍的恆星。在更傳統的超新星爆發之後，這樣一顆恆星可能會凝聚成一顆快速旋轉的 中子星，稱為 磁星。
中子星將 1.5 個太陽的質量壓縮到一個直徑約為紐約市大小的天體中。根據伍斯利的說法，每秒旋轉 1,000 次的中子星將比超新星擁有更多的能量。它還將產生一個強度是地球磁場 100 萬億到 1 千萬億倍的磁場。伍斯利解釋說，隨著恆星在幾個月的時間裡逐漸減速，其令人難以置信的磁場可以將恆星的旋轉能量 轉移到它形成的超新星殘骸中，從而釋放出光。
伍斯利說：“這就像超新星的中心有一個燈塔。”
但磁星的解釋也不是完美的。它難以解釋 iPTF14hls 亮度的下降和峰值，而且這種現象可能如何運作背後的物理學仍然不確定，伍斯利說。
阿爾卡維說，隨著 iPTF14hls 釋放能量，他希望能夠更深入地觀察天體的結構。他說，如果它是一顆磁星，那麼他預計會看到以前被超新星本身遮蔽的 X 射線開始突破。“也許透過將脈動對不穩定性與[磁星]結合起來，你可以開始解釋超新星，”阿爾卡維說。
在關注的同時保持忙碌
研究人員說，iPTF14hls 的存在具有深遠的意義。阿爾卡維認為，這顆超新星距離地球 5 億光年，仍然相對較近，而且宇宙在組成和結構方面實際上與該事件發生時相同。如果該事件是 PPI 超新星，則表明天文學家認為在早期宇宙中更為普遍的質量超過太陽 100 倍的恆星今天仍在形成。
該事件還擁有比研究人員預期更多的氫。阿爾卡維說，1954 年的爆炸應該已經噴射出恆星幾乎所有的氫。天體物理學家將不得不重新審視他們的超新星模型，以瞭解這種情況是如何發生的，他說。
這一發現對星系的研究也具有影響。“維持星系結合的引力能量與超新星釋放的能量大致處於同一數量級，”阿爾卡維說。“因此，一個星系中的幾個這樣的超新星實際上可能會解開整個星系的束縛。”
阿爾卡維和他的團隊計劃繼續監測 iPTF14hls 至少一到兩年。一系列國際望遠鏡和天文臺將加入這項工作。位於加那利群島的北歐光學望遠鏡的瑞典同事將跟蹤該天體，因為它的亮度會繼續降低到阿爾卡維的望遠鏡陣列無法探測到的程度。美國國家航空航天局的 雨燕號宇宙飛船 將尋找 X 射線輻射，而哈勃太空望遠鏡計劃於 12 月開始對該位置進行成像，其他望遠鏡也將跟進，阿爾卡維說。
就目前而言，該事件仍然是一個謎。
伍斯利說：“這只是天空中的一個謎題。”“這就是我們為之奮鬥的目標，也是天文學家所熱愛的。”
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