黑科技 科学 天文学家终于发现爆炸后啥都不剩的超新星

天文学家终于发现爆炸后啥都不剩的超新星

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早期宇宙里,上百倍太阳质量大的恒星相当普遍。它们可能与现今恒星的形成途径不同,甚至可能死亡途径也不同。超新星爆炸发生后,原来恒星的核心可能会遗留形成中子星或黑洞等致密天体,爆炸时向外抛出的物质则形成超新星残骸,成为新一代恒星的制作材料。理论上,还有一种结局是整个星体都被摧毁,没有残留任何星体。前两者已经有实证,最后一项却一直没有发现过。现在,终于有实槌了。哈佛史密松恩天文物理中心Sebastian Gomez等人发现SN 2016iet就是第一例炸到啥都不剩的超新星爆炸事件,并认为它是第一个确认的确是所谓的“不稳定对超新星”的案例。

天文学家终于发现爆炸后啥都不剩的超新星插图
艺术家想像的不稳定对超新星SN 2016iet。

当一颗恒星的质量是太阳的数十倍,理论上认为当它生命终结,发生超新星爆炸时,其核心会加热到能形成“电子(electron,或称负电子)”和其反物质“正电子(positron,或称正子)”的程度。不像中子星上的中子,当正负电子对相遇时会互灭,不再能支撑核心去抵抗重力,使恒星持续塌缩,却又在收缩成奇异点而能形成黑洞之前,骤然点燃热核反应,但这个热核反应最后失去控制,导致整个恒星发生爆炸,这就是所谓的“不稳定对超新星”。

这种超新星一直存在于理论中。天文学家之前曾观测到几个“候选者”,例如2007bi和ASASSN-151h,但天文学家无法收集到足够的恒星爆炸前的质量和其他性质的讯息,无法给予实证。

SN 2016iet不一样。天文学家用自动搜寻系统从盖亚影像中发现这颗超新星,卡塔利纳即时瞬变事件巡天和泛星瞬变事件巡天也分别在2017年1月和3月拍摄到这颗超新星。这些观测证明,超新星爆炸后没有遗留任何残骸。这些观测也显示爆炸恒星隶属于一个矮星系,但它是没有伴星的单星,离它的宿主星系约54,000光年远,比银河系边缘到银河系中心的距离还远。而后数年,这些天文学家利用位在智利的麦哲伦巴德6.5米望远镜和其他地面望远镜追踪观测SN 2016iet的光谱,观察它的变化。

天文学家终于发现爆炸后啥都不剩的超新星插图(1)
2014年9月和2018年7月观测的SN 2016iet超新星及其所在宿主星系的影像。 其中在2014年影像中可见圈起的位置里尚未出现星体迹象。 右方为麦哲伦望远镜拍摄的影像。

初始光谱观测显示没有氢气,所以天文学家将之归类为I型超新星。他们也测量了它的距离,显示它的光走了将近10亿光年才抵达地球。但这天体的性质并不符合任何其他的归属特性,事实上,它和目前任何已知的超新星都没有相似之处。这些天文学家首先怀疑的是不是自己哪里搞错了。

后来他们利用数座地面望远镜拍摄影像,追踪超新星亮度逐渐变暗的状况。这个光变曲线可用以测试各种解释爆炸理论的正确性。研究结果认为这个天体在爆炸前的质量约在55到120倍太阳质量之间,甚至可能达200倍太阳质量。虽然在它短短数十载的生涯中可能已经丧失部分外层大气的物质,其将物质抛向太空的速率高达每年3倍太阳质量之多!

更甚者,这个被摧毁的恒星周遭环境中比氢和氦还重的重元素非常稀少,换言之,它的金属丰度很低,这意味着这颗星出生和死亡都是在一个自大霹雳后改变不多,仍保持非常原始状态的区域。如此一来,无论它的质量还是它所处的环境,这颗星都非常类似宇宙的第一代恒星,而这正是不稳定对超新星的最佳候选者之一,但与其他第一代恒星不同的是:天文学家们还有机会测量它爆炸之前的前身恒星的质量和金属丰度,并由此检视是否与理论预期相符。关于不稳定对超新星的概念已经提出数十年了,但SN 2016iet是第一个提供观测证据的天体,使天文学家在这研究领域中前进了一大步,让Gomez等人着实兴奋不已。

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作者: thinkou

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