首次觀測到垂死恆星爆炸瞬間

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在巨蟹座方向的UGC478星系中，一顆古老的恆星爆炸並成為超新星。大約在1.7億年後的2018年2月4日，爆炸產生的光線被一群高倍望遠鏡所接收。

美國宇航局的開普勒太空望遠鏡探測到了已被命名的SN 2018oh，很快全球的天文台都在監視這顆超新星。這一項目作為一個獨特的科學實驗的一部分，旨在幫助解決恆星爆炸的神秘面紗。

在經過了長達9年半的突破性工作，耗盡燃料後，開普勒太空望遠鏡於10月30日退役。去年12月到今年5月，開普勒空間望遠鏡定向於可以與地球設備同時觀測的兩片截然不同的天區，兩片天區中充滿了數以千計的星系，星系中又有數十億顆恆星。

望遠鏡觀測時，其中一些恆星在劇烈的爆炸中結束了他們的一生。憑藉其獨特的能力，開普勒從一開始就觀測到這些亮度的微小變化，同時地面望遠鏡跟蹤觀測了這些垂死恆星的顏色變化和原子組成。

圖1左：超新星爆發前的星系UGC4780（圖像來源：斯隆數字巡天）；右：超新星SN 2018oh爆發後的星系UGC4780，Ia型超新星亮度可以達到普通恆星的數十億倍，點亮整個星系（圖像來源：位於河北興隆的清華大學-國家天文台80cm望遠鏡）。

利用這些望遠鏡的綜合數據，天文學家實現了他們所希望的，前所未有的超新星爆發觀測。130位科學家的三篇研究論文試圖解釋SN 2018oh細節中發現的異常數據。其中一篇論文中已被《天體物理學快報》接受，而其他兩篇已經被《天體物理學》接受。

炎熱，明亮的燃燒

SN 2018oh是Ia型超新星——天文學家用它來跟蹤宇宙的膨脹並研究將宇宙粘在一起的看不見的「暗能量」的性質。

典型的Ia型超新星在三周內變亮，然後逐漸消失。但是開普勒觀察到這個特殊的超新星在最初的爆炸後幾天迅速變亮——比典型的超新星快三倍——然後達到峰值亮度。與此同時，智利Cerro Tololo Intel-American天文台的暗能量相機以及夏威夷Haleakala天文台的全景測量望遠鏡和快速反應系統獲得的彩色細節顯示，這顆超新星比起其他超新星顏色偏藍，證明其溫度高於它的同類。

近十年來，科學家們一直在尋找類似這個超新星的信號。因為開普勒在超新星爆炸之前已經盯著這片天空，它能夠檢測到它幾周之前的早期信號。

Ia型超新星的產生機制一直備受爭議。到目前為止，大多數證據都指向兩顆白矮星的合併是Ia型超新星的產生機制。然而，理論模型已經證明了另一種機制的可能性——其中一個退化的白矮星從它的伴星吸積了很多的物質，以至於它無法承受自身的重量而爆炸。

圖2上：白矮星吸收非緻密伴星物質，達到錢德拉塞卡質量極限發生超新星爆炸（圖像來源：STFC/David Hardy）。下：兩顆白矮星繞轉最終併合爆發為超新星。白色曲線表示兩顆白矮星在繞轉過程中以引力波形式損失能量，從而逐漸接近直至接觸。（圖像來源：NASA/Tod Strohmayer (GSFC)/Dana Berry (Chandra X-Ray Observatory))

一些科學家認為另一種機制可以很好解釋SN 2018oh。他們解釋說，來自爆炸的白矮星的衝擊波撞擊了伴星，產生了極熱和明亮的氣態物質，這可以解釋觀察到的增加的亮度和熱量。

另一組科學家贊成採用另一個不同的機制來解釋過量光和熱。Ia型超新星在爆炸期間產生放射性鎳。這種重金屬的放射性衰變產生了我們從Ia型超新星看到的大部分光。如果大量的鎳位於爆炸材料的外層，則會觀測到較早的亮度變化。

改進現有物理模型

如果單個退化白矮星理論適用於SN 2018oh，下一步就是弄清楚這種Ia型超新星在宇宙中的出現頻率。然而，如果外層鎳的理論佔上風，我們將收集有關超新星爆炸內部運作的細節。無論哪種方式，理解Ia型超新星的細節，將有助於我們改進宇宙學中使用的模型，更好地估計宇宙的膨脹速率。

天文學家團隊在開普勒的這次實驗中發現了超過40個超新星，包括其他幾個也證明具有科學意義的。雖然開普勒的燃料耗盡且無法得到補充，但它在超新星，系外行星和其他天文現象上收集的數據，將在未來許多年內得到研究。

這些論文的作者包括來自數十家機構的科學家，其中包括開普勒團隊的成員。提供其他有價值數據支持實驗的其他天文台包括Las Cumbres天文台，這是一個位於加利福尼亞州的全球自動望遠鏡網路; 中國的清華-NAOC和麗江望遠鏡; 匈牙利的Konkoly天文台; 加利福尼亞州漢密爾頓山的Lick天文台; 智利Las Campanas天文台等。

責任編輯：陳艷玲

牧夫新媒體編輯部

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