什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

2020-04-24 超弦

當渺小的人類試圖用語言描述宇宙中巨大而充滿活力的事件時，很容易用完最高級和形容詞。就像此前科學家描述超新星一樣，什麼是超新星呢？其實超新星是某些恆星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸事件。這種爆炸都極其明亮，過程中所突發的電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個星系，並可能持續幾周至幾個月才會逐漸衰減。因此這種事件也是科學家關注的焦點，然而近日科學家發現了比超新星還要強上十倍的存在：超級超新星！

什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

對於超級超新星，科學家已經找不到詞來形容，因為不管我們給它取什麼名字，它都是一個怪物，簡稱它為monsternova。2016年，一組天文學家在Pan-STARRS(全景調查望遠鏡和快速反應系統)的數據中發現了一顆超新星。這顆超新星被命名為SN2016aps，這顆超新星產生的能量是「正常」超新星的十倍。事實上，這顆超新星是迄今為止發現的最富能量的超新星。

發現這顆新星的天文學家團隊在《自然天文學》雜誌上發表了他們的發現。這篇論文的標題是「在高密度介質中由一顆非常大的恆星產生的能量極高的超新星」。這項研究的主要作者是伯明罕大學的馬特·尼科爾。那麼SN2016aps有什麼特殊之處呢？

什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

其實SN2016aps是一種特殊類型的超新星，被稱為「脈動對不穩定」超新星。超新星有幾種不同的類型，它們的區別在於不同化學元素的存在，以及它們的光曲線，還有他們留下的物質。這種「脈衝對不穩定」的新星有點不同，它可能是由爆炸前兩顆大質量恆星合併形成的。這就是為什麼SN2016aps的爆炸能量是典型超新星的10倍。

哈佛大學教授埃多·伯傑(Edo Berger)說:「SN2016aps在幾個方面都是驚人的。它不僅比我們所見過的任何其他超新星都要亮，而且它還有一些特性和特徵，這使得它與宇宙中其他恆星爆炸相比非常罕見。」

什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

當它第一次被發現時，它的星等非常高。與之前未被探測到的主星系相比，它也有非常大的亮度對比。出於這些原因，天文學家團隊選擇它與MMT天文臺進行後續光譜學研究。他們還用哈勃太空望遠鏡拍攝了這張照片。

儘管最初研究小組並不確定這是一顆超新星，但後續的成像顯示它確實是，而且它的前身一定是一顆大質量恆星。伯傑說:「這顆超新星釋放出的巨大能量表明它是一顆質量驚人的恆星的前身。」「這顆恆星誕生時的質量至少是太陽的100倍。」

研究中的一個三格圖。a是MMTCam i-波段圖像，來自最大亮度後362天。b是哈勃望遠鏡拍攝的宿主星系和最大亮度後1017天的新星。c是哈勃當天拍攝的宿主星系圖像。藍色的圓圈在每個面板中標記SN2016aps。因為這個星系很暗，而且SN從主星系的中心偏移，這意味著這個物體不可能是一個超大質量的黑洞。因此，由於該天體位於銀河系中最亮的恆星形成區域，它必定是一個以大質量恆星為其前身的超新星。

什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

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SN2016aps的一個不同尋常之處在於它的光譜。儘管這些光譜與超級發光超新星(SLSN)的光譜非常接近，其峰值幅度與我們所知道的最亮的事件相似，但有一個關鍵的區別。monsternova有著與某些SLSN類似的極高的亮度峰值，這是前所未有的組合，但它的衰落速度也很慢。它的緩慢褪色率更接近於長期存在的事件。而那些長期存在的事件被認為有一個更大的環繞恆星的介質(CSM)，或環繞它們的氣體外殼。

該研究的主要作者馬特·尼克爾(Matt Nicholl)說:「在後續研究中進行的光譜觀察揭示了這顆恆星的躁動歷史。我們確定，在它爆炸前的最後幾年裡，這顆恆星在劇烈跳動時釋放出了巨大的氣體外殼。爆炸碎片與這個巨大外殼的碰撞產生了超新星的驚人亮度。」

什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

對於我們這些不是天體物理學家的人來說，這幅圖的信息量非常大。但左邊的面板顯示了緩慢的衰落速度，這是超級超新星不尋常的特徵之一。震級的減弱需要很長時間，其中最下面的軸就是是MJD中的時間，也就是修正的儒略日，這是一種在天體物理學中使用的測量方法。在右邊是一個示意圖，說明了模型和推斷參數的monsternova。

什麼是超級超新星？科學家稱它為「怪物」

像SN2016aps的前身這樣的大質量恆星通常在它們開始搏動之前一段時間就會因為自身的恆星風而失去氫。但是所有的氫氣使研究小組推論出有兩顆起源恆星。SN2016aps抓住了它的氫，這促使我們提出理論，認為兩個質量較小的恆星合併在了一起，因為質量較小的恆星抓住氫的時間更長。合併產生的新恆星含有大量的氫，其質量也足夠高，從而引發對不穩定性。」

這一發現將導致對巨型超新星或極亮超新星的更多研究和理解。特別是當發現瞬態的專家Vera C. Rubin天文臺上線的時候，希望是今年晚些時候。超級大質量恆星被認為在宇宙中更常見，Vera Rubin應該能夠發現它們。SN2016aps的發現為第一代恆星的類似事件的識別開闢了道路。在即將到來的LSST(維拉·魯賓天文臺的前身)中，我們可以找到宇宙歷史上首個10億年的爆炸，到時候會有很多這樣的例子。


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