天文學家發現一顆被「反物質」徹底摧毀的恆星

2021-01-14 星空天文

這顆恆星為何把自己炸得連渣都不剩？

SN2016iet是一顆極為古怪的超新星。Gemini Observatory/NSF/AURA/ illustration by Joy Pollard


將近三年前，科學家通過蓋亞探測器在距離地球幾十億光年的地方發現了一顆超新星，亦即一顆爆炸的恆星。三年的研究結果顯示，這顆超新星不簡單。


根據爆發的威力推算，爆發成為這顆超新星的恆星，其質量幾乎相當於200個太陽，接近了理論上單一恆星質量所能達到的上限。


天文學家認為，這顆名為SN2016iet的超新星可能是一顆罕見的「對-不穩定性超新星」（pair-instability supernova）。理論上，質量130至260倍於太陽的低「金屬」含量恆星，在臨終爆發成為超新星之前，其內核會產生「反物質」，形成「正-反物質對」。這會導致它們在輻射壓下跌開始塌縮時徹底失控，並在超新星爆發時被徹底摧毀，把自己炸得連渣都不剩，既不會留下中子星，也不會留下黑洞。


但是這樣的超新星只存在於理論上。如果這顆超新星確為其類，那將是人類有史以來發現的第一顆被「反物質」徹底摧毀的恆星。

這顆恆星身上還存在著一系列的謎。首先這顆超新星距離它所在的星系中心十分遙遠，有將近54000光年。它所在的星系是個此前人們未發現過的小型矮星系，星系並不大，因此它差不多已經完全不在這個星系內。能夠成為超新星的恆星都十分巨大，而巨星通常是在恆星密度較高的地方誕生的。星系的外圍顯然不符合這個條件。


有人猜測，這顆恆星可能是被它的原生星團甩出來的。但這也不合理。因為眾所周知，質量越大的恆星壽命越短，質量如此之大的巨星壽命最多只有幾百萬年。那麼它又是如何在其短促的一生結束前，就來到距離星系中心有54000光年之遙的地方的？如果它確實是從星系內部甩出來的，那麼它的飛行速度將是超乎想像的。


不過也存在另一種可能，即它實際上存在於一個圍繞該矮星系運行的衛星系中，只是這個衛星系過於昏暗，難以被發現。


其次，天文學家還在爆炸過程中檢測到了兩次時間相隔約100天的亮度峰值，就好像發生了兩次爆炸一樣。分析結果顯示，這可能是因為爆發產生的衝擊波與周邊外流物質團塊發生了兩次衝突。但數據顯示引發亮度上升的兩個物質團塊實際上距離恆星很近，密度也相當大，似乎是在近20年內才被垂死的恆星拋出來的。而在一般情況下，恆星拋出物質上千上萬年後，超新星爆發才會發生。


存在於這顆超新星身上的這一系列謎一樣的現象，讓天文學家感到非常不解。但也正是這些謎，激發著人們的好奇心，鼓勵我們去探索和發現。


同一片天區2014和2018年的對比。紅圈顯示該超新星出現的位置，其和宿主星系中心的距離十分遙遠。Center for Astrophysics


參考：

SN 2016iet: The Pulsational or Pair Instability Explosion of a Low-metallicity Massive CO Core Embedded in a Dense Hydrogen-poor Circumstellar Medium

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab2f92


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