"過於明亮"的超新星讓天文學家困惑

一顆2010年的超新星,是有史以來觀測到的最亮的超新星之一,產生了相互衝突的解釋

所有的超新星都很明亮。當一顆恆星在其生命結束時發生災難性的爆炸時,它會釋放出能量和光,其亮度可以超過其所在星系的其他部分。但有些超新星有點太亮了——至少從試圖弄清楚是什麼原因導致它們的研究人員的角度來看是這樣。

2010年8月在夏威夷的Pan-STARRS 1望遠鏡中發現的一顆超新星就屬於這一類。這顆超新星PS1-10afx距離我們如此遙遠,以至於它的光線花了90億年——超過宇宙年齡的一半——才到達地球。在那個距離上,它明顯的 glow 表明這顆超新星的光度相當於源頭的1000億個太陽。但是,PS1-10afx 是一個超級發光的災難,它超出瞭解釋,還是一個有點平淡無奇的超新星,僅僅因為偶然的宇宙排列而顯得非凡,這取決於你問誰。在最新發表的研究中,兩個研究團隊就這個問題採取了相反的立場。

哈佛-史密森天體物理中心的天文學家 Ryan Chornock 說:“它與以前的任何超發光超新星都不太匹配。” “在這種情況下,我們發現很難用任何這些模型來解釋這個物體。”在4月20日出版的《天體物理學雜誌》(ApJ) 的研究中,Chornock 和他的同事報告了這顆超新星的不尋常屬性,包括比正常顏色更紅、快速變亮和變暗以及極高的光度。“有這類超發光超新星,它們的光度比正常超新星高10到100倍,”Chornock 說。“這與那些超新星中最亮的例子相當。”


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然而,這些特徵的組合似乎將 PS1-10afx 排除在任何已被提出作為各種超亮超新星能量來源的解釋之外:例如,超新星在稠密的星周介質中爆炸,這將把爆炸的動能轉化為額外的輻射,或者是在恆星坍縮中形成的高度磁化的中子星的快速旋轉。研究人員在他們的研究中報告說,除了其極高的峰值光度外,PS1-10afx 在幾乎所有可觀察到的方面都是一個怪胎。

但是,如果這顆超新星實際上沒有看起來那麼亮呢?引力透鏡效應是阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論的一個有據可查的後果,它可以顯著放大和增亮遙遠宇宙物體的外觀。(換句話說,採用後視鏡上的警告語:“望遠鏡中的物體比它們看起來更暗。”)當從地球上看,兩個天體落入一條直線時,就會發生這種透鏡效應:中間物體的引力會彎曲來自背景物體的光線,像放大鏡一樣將它們聚焦到地球。引力透鏡效應的研究已經被用來推斷星系團中不可見的暗物質的存在,並發現其他隱藏的系外行星圍繞遙遠的恆星執行。現在,一組研究人員認為,這種效應也可能解釋異常的超新星 PS1-10afx。

天文學家 Robert Quimby 在一個科學會議上聽了 Chornock 關於 PS1-10afx 和其他超新星的演講,後來又閱讀了ApJ 研究的預印本,開始自行研究可能的解釋。“我認為當有人說,‘我們以前從未見過這種情況’時,你總是需要持懷疑態度,”Quimby 說,他常駐於東京大學卡弗裡宇宙物理與數學研究所。“我們真的必須確保我們沒有錯過任何東西。” 因此,他將 Chornock 和他的同事收集的資料輸入到兩個計算機程式中,這兩個程式試圖將超新星光譜——按波長分解的光——與天文學家已經建立的各種超新星類別進行匹配:Ia 型、IIn 型等等。

“我立即得到了與 Ia 型超新星的完美匹配,”Quimby 說。“但是它太亮了。” Ia 型超新星——這種恆星爆炸為 1990 年代後期的宇宙加速膨脹提供了證據——被認為標誌著一顆緻密的白矮星的死亡,這顆白矮星吸積了足夠的物質,使其膨脹超過了其最大穩定質量。

ApJ Letters 5月1日出版的論文中Quimby 和他的同事認為,這顆超新星是一顆相當普通的 Ia 型超新星,它被超新星和地球之間一些看不見但質量巨大的物體透鏡效應放大了。透鏡的一種可能性是一個小型星系,到目前為止尚未被探測到。

“我認為這是最有可能的解釋——有兩個星系,”Quimby 說。“只是有一個小的透鏡星系,然後你有一個背景宿主星系”,超新星在那裡發生。更奇特的可能性是,一個自由漂浮的黑洞放大了超新星。

Chornock 和他的同事不認為透鏡機制是一種可能的解釋。“這實際上是我們在他發表論文之前考慮過的一種假設,”Chornock 說。但是該團隊基於許多因素拒絕了它,包括沒有發現任何符合可能的引力透鏡要求的物體。“根據我們對宇宙的瞭解,當然是不完美的,那種透鏡通常是由星系團產生的。顯然這裡不是這種情況,因為沒有星系團,”他補充說,Quimby 和他的同事贊成的解釋“確實需要某種意想不到或不太可能的排列。”

Quimby 說,他和他的同事已經申請了哈勃太空望遠鏡的觀測時間,以便進行更仔細的觀察。如果來自超新星宿主星系的光線確實被引力透鏡彎曲了,那麼這種扭曲應該仍然是明顯的。“這是這個結果的美妙之處之一:它是可測試的,”他說。

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