夜空充滿了閃爍的光點和閃光，猶如一片不斷變化的光海。其中一些變化來自地球上的事件，例如飛機飛過頭頂，但有些則來自太空中的遙遠源頭。天文學家定期觀測天空並尋找出現的差異，從而尋找這些被稱為天文瞬變現象的短暫事件。
研究人員最近發現了一個比同類天體都更明亮的瞬變現象——一顆名為AT2020mrf的超新星。他們在去年12月釋出在預印本伺服器arXiv.org上並提交給《天體物理學雜誌》的一篇論文中描述了他們的發現。他們還在1月份的2022年美國天文學會會議的虛擬新聞釋出會上介紹了這一發現。這顆超新星是有史以來觀測到的最明亮、能量最高的恆星死亡事件之一，它可能為我們罕見地揭示大質量恆星如何孕育出宇宙中最奇異的天體：黑洞和中子星。
最大質量的恆星以壯觀的方式死亡。它們以諾尼利昂（即“1”後面跟30個零）原子彈的能量在超新星中爆發，亮度如此之高，以至於我們有時甚至可以用肉眼在夜空中看到它們。AT2020mrf在X射線波段比典型的超新星亮10,000倍。在此之前，天文學家在近年觀測到了一些其他超亮的事件——天文學家將它們稱為“類似牛”的超新星，或“牛”，這是以首次發現的同類型超新星AT2018cow命名的。與傳統的超新星不同，‘牛’在高能X射線和無線電波段發出明亮的光芒（大多數超新星在可見光波段最亮）。但AT2020mrf是其中最亮的‘牛’——比最初的那顆亮20倍。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠繼續創作關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的報道。
加州理工學院的天文學家姚雨晗和什裡·庫爾卡尼，以及加州大學伯克利分校的安娜·何和英國利物浦約翰摩爾斯大學的丹尼爾·珀利，於2020年6月在茲威基瞬變觀測設施（ZTF）的可見光影像中首次發現了這次爆發，ZTF是位於加利福尼亞州帕洛瑪天文臺的一架自動化望遠鏡。他們最初看到的那個亮點看起來像是不起眼的東西，天文學家們忽略了這一事件，直到將近一年後。
2021年4月，與姚雨晗小組合作的俄羅斯科學家在審查來自他們的光譜-倫琴-伽馬（SRG）X射線天文臺的資料時注意到了同一事件。他們2020年7月的影像顯示，X射線的位置與ZTF資料中的亮點位置相同。聽到這個訊息後，姚雨晗立刻想到了神秘的類似牛的事件，因為它們是唯一已知會發出如此多X射線的超新星型別。儘管一年已經過去了，但AT2020mrf最初的爆發非常明亮，以至於姚雨晗懷疑她可能仍然可以用錢德拉X射線天文臺看到它。她的計算是正確的，觀測結果清楚地顯示了它，在AT2020mrf爆發一年後，它的亮度仍然是最初那顆‘牛’的200倍。
姚雨晗說：“當SRG看到這個源時，真的非常有成就感，因為我們一直在想，也許[類似牛的事件]可以首先在X射線波段被發現。” “這是第一次真正在X射線波段發現這種事件。”
天文學家仍在研究是什麼讓這些超新星如此特別。目前的理論是，‘牛’有一個非常活躍的“中心引擎”——恆星核心留下的一些東西，例如黑洞吞噬物質或快速旋轉的中子星，為超新星提供能量。與大多數爆炸的恆星相比，它們中心區域周圍的物質也較少，這使得人們可以觀察到它們有趣的中心。
產生類似牛事件的恆星似乎在接近死亡時會噴射出物質，這使得它們周圍的環境更加稠密，恆星本身也變得更小。當它們爆炸時，恆星核心周圍的直接區域氣體較少，使得來自中心引擎的X射線能夠逃逸。超新星穿過周圍空間的衝擊波也加熱了新形成的稠密環境，從而產生了天文學家觀測到的無線電波段輻射。姚雨晗認為，AT2020mrf可能比大多數‘牛’更亮，因為它丟擲了更多的質量，使得中心引擎能夠在X射線波段如此明亮地發光。
哥倫比亞大學和計算天體物理學中心的天體物理學家布賴恩·梅茨格說：“AT2020mrf確實是一件令人興奮的事件，它既證實了不斷增長的[類似牛的天體]類別，也告訴了我們這些神秘的恆星爆炸的多樣性。”
由於此前只知道四個類似牛的事件，AT2020mrf更確鑿地將這一組確立為一個新的爆炸類別。最近的這次爆發也在同類事件中脫穎而出，展現了恆星死亡的迷人多樣性。儘管科學家們瞭解大質量恆星死亡方式的概況，但細節仍然模糊不清。對於恆星生命終結的某些階段尤其如此，例如矽燃燒階段，這是大質量恆星可以完成的最後一輪核聚變，此時恆星將矽聚變在一起以產生鐵。這個時期在恆星數百萬至數十億年的生命週期中只持續約18天。‘牛’可能為我們提供一個瞭解這段難以觀測的時間框架的視窗，並加深我們對黑洞和中子星如何在超新星中誕生的理解。
AT2020mrf和其他‘牛’也僅僅是讓科學家感到興奮。“我喜歡看到一個源與其他所有源都不同時的那種興奮，”姚雨晗說。“你知道，也許一生只有一次，你會發現其中一個事件，你需要採取行動。你需要掌握一切來講述這個天體的故事。” 未來，使用即將到來的天空巡天強力裝置維拉·C·魯賓天文臺和其他望遠鏡進行的觀測有望為天文學家提供更多可供研究的資訊。