當垂死恆星以超新星形式爆炸時，它們通常會噴射出混亂的塵埃和氣體網路。但是，一張新的超新星遺蹟影像看起來完全不同——彷彿其中心恆星引發了一場宇宙煙花表演。這是研究人員迄今為止發現的最不尋常的遺蹟，可能指向天文學家長期以來難以解釋的一種罕見超新星。
“我研究超新星遺蹟已經 30 年了，但我從未見過這樣的景象，”位於新罕布什爾州漢諾威的達特茅斯學院的天文學家羅伯特·費森說，他於去年年底拍攝了該遺蹟的影像。他在 1 月 12 日舉行的美國天文學會會議上報告了他的發現，並在同一天在尚未經過同行評審的論文中釋出了這些發現。
一個 850 年曆史的煙花
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2013 年，業餘天文學家達納·帕奇克在美國宇航局廣域紅外巡天探測器的存檔影像中發現了該天體。在接下來的十年中，幾個團隊研究了被稱為 Pa 30 的遺蹟，但結果變得越來越令人費解。
俄羅斯莫斯科國立羅蒙諾索夫大學的天文學家瓦西里·格瓦拉馬澤和他的同事在 2019 年在 Pa 30 的中心發現了極其不尋常的恆星。那顆恆星的表面溫度約為 200,000 開爾文，恆星風以每秒 16,000 公里的速度向外傳播——大約是光速的 5%。 “恆星根本不可能有每秒 16,000 公里的風，”費森說。他說，每秒 4,000 公里的速度並非聞所未聞——但 16,000 公里簡直是太驚人了。
2021 年，香港大學的天文學家安德烈亞斯·裡特及其同事提出，該遺蹟是大約 850 年前，即 1181 年照亮天空的超新星的遺蹟，Pa 30 再次成為人們關注的焦點。中國和日本的天文學家觀測該天體大約六個月後，它才逐漸消失。
在檢查 Pa 30 期間，裡特和他的同事注意到該遺蹟的發射光譜包含與元素硫相關的特定譜線。費森的研究小組對此很感興趣，後來使用對該譜線敏感的光學濾鏡，利用位於亞利桑那州基特峰的密歇根-達特茅斯-麻省理工學院天文臺的 2.4 米希爾特納望遠鏡對該遺蹟進行了成像。
蟹狀星雲是超新星遺蹟的更標準示例，其中垂死的恆星噴射出混亂的氣體和塵埃網路。圖片來源：NASA、ESA、J. Hester 和 A. Loll（亞利桑那州立大學）
他們收集的資料不僅有助於證實 Pa 30 確實是 1181 年觀測到的超新星的遺蹟，而且還產生了與眾不同的遺蹟影像。它包含數百條向外輻射的細絲。通常，研究人員預計超新星遺蹟看起來像蟹狀星雲——它看起來不太像螃蟹，而更像海葵，在橢圓形觸手狀細絲團塊的中心有一個光滑區域。它們通常也看起來像第谷超新星，它看起來像一團亂糟糟的結。
但相比之下，Pa 30 構成了一個“非常驚人的影像”，新澤西州皮斯卡塔韋羅格斯大學的天文學家 Saurabh Jha 說。“我以前從未見過這樣的景象。這真是令人震驚。”
死裡逃生
是什麼原因造成了這樣的遺蹟？ 2021 年，裡特和他的同事推測，這是一種罕見的超新星爆炸，歸類為 Iax 型。
正常的 Ia 型超新星發生在白矮星從伴星虹吸物質時，最終變得如此巨大，以至於它無法再支撐額外的重量，並將自身炸成碎片——將其內臟分散到整個星系。但在 Iax 型超新星中，恆星以某種方式倖存下來。“我們經常稱這些為殭屍恆星，”Jha 說。
儘管理論家們已經開發了許多可能的機制來解釋 Iax 型超新星，但裡特和他的同事認為，兩顆白矮星猛烈撞擊在一起產生了 Pa 30 的煙花。這從遺蹟中硫的含量中可以清楚地看出，硫是白矮星爆炸的副產品，並且缺乏你在質量更大的恆星中會看到的較輕元素。
加利福尼亞州帕薩迪納卡內基天文臺的天文學家安東尼·皮羅認為，這些發現至少明確了一種 Iax 型可以形成的途徑。但這與先前流行的 сценарий 不同，在 сценарий 中，白矮星從伴星虹吸物質。這個想法是在 2014 年提出的，當時天文學家透過檢視事件發生前的存檔影像，成功識別了參與 Iax 爆炸的恆星。
因此，Pa 30 的發現“肯定在我的腦海中拓寬了可能導致 Iax 型超新星的原因，”Jha 說。
這些罕見的爆炸往往發生在遙遠的星系中，因此很難研究。但 Pa 30（如果它真的是 Iax 型）只有 2.3 千秒差距遠——這意味著未來的觀測將為這種不尋常的超新星型別提供更多線索。
費森已經申請了哈勃太空望遠鏡和較新的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 的觀測時間。“我認為，拍攝的光學影像只是暗示了它的真實面貌，”費森說。“但是 JWST 影像將會非常驚人。”
本文經許可轉載，最初於 首次發表於 2022 年 1 月 26 日。