史上最亮超新星從何而來?其背後的秘密即將揭開

摘要:研究人員透過比較中性鐵與SN 2006gy中不明的發射線光譜,得出SN 2006gy這顆極為明亮的超新星的起源:雙星系統中的白矮星與富氫的與太陽系一般大的恆星之間的強作用。較大的恆星處於演化末期,吸引白矮星向其中心旋轉。最終,白矮星爆炸為la型超新星。當超新星爆炸時,物質猛撞到被驅逐出的外殼中。劇烈的碰撞產生了SN 2006gy的極端光輸出和奇怪的發射線。

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超高光度超新星是這個宇宙中最為明亮的爆發。在短短几個月的時間裡,一個超高光度新星就可以釋放出相當於太陽一生中的全部能量,而在它的頂峰時期,甚至可以如整個銀河般閃耀。

其中研究最透徹的超高光度超新星(SLSN)被稱為SN2006gy,雖然它的起源還未確定,但如今瑞士和日本的研究者稱他們很可能已經找到了其形成的原因,那就是在白矮星和眾多伴星之間形成的災難性的相互作用。

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SN2006gy位於離我們2億380萬光年以外螺旋星系NGC1260裡的英仙座內,正如它名字所展示的那樣,它被發現於2006年,並且由天文學家們使用錢德勒X射線天文臺、凱文天文臺以及其他一些天文臺進行研究工作。

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英仙座 圖源:baike。sogou

當SN2006gy被發現時,來自加利福尼亞大學伯克利分校的內森·史密斯正帶領著一支同樣來自伯克利分校和德克薩斯大學奧斯汀分校的隊伍。

“這真的是一次巨大的爆發,是普通超新星能量的一百倍。” 史密斯說到,“也就是說,爆炸的這顆星星可能已經是它所能達到的最大質量了,這大約是我們太陽質量的150倍,我們可從未見過這個。”

天文學家認為這類星星可能存在於早期宇宙,所以見證這個爆發給了天文學家一個可以一窺早期宇宙的罕見機會。

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SN2006gy的內稟亮度隨著時間而變化(美國國家航空航天局/CXC/加利福尼亞大學伯克利分校/內森·史密斯等人)

不僅是SN2006gy釋放出的能量吸引我們的目光,超高光度超新星發出的一些奇怪射線同樣使天文學家感到迷惑。現在一隊研究員認為他們已經發現了SN2006gy背後到底隱藏著什麼。他們一篇名為“瞬時超光速SN2006gy中心的Ia型超新星”的文章釋出在了《科學》雜誌上。

隊伍成員分別來自瑞典斯德哥爾摩大學、京都大學、東京大學和廣島大學。

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這個團隊在發現超新星後僅僅大約一年的時間裡,又發現了由星體發射出的鐵元素射線。他們開發了幾個模型用來解釋這個現象,並且已經確定了其中的一個。

“沒有人曾嘗試過拿保留了所有電子的中性鐵(也就是鐵)的光譜和還沒確定的SN2006gy發射譜線作比較,因為鐵通常是處於電離狀態下的(可以電離一個或更多電子)。我們進行了嘗試,興奮地看見譜線是如何一行行地在可被觀察的光譜裡增長的。”來自斯德哥爾摩大學天文系的安德斯·傑士德說,“一切都變得有趣起來,當我們發現組成這個譜線至少需要相當於太陽三分之一的質量的鐵時,便直接排除了一些舊的觀點,並取而代之揭露一個嶄新的觀點。”

這個新觀點描述了一個即將變成超新星的星體,它與之前已存在的稠密外圍物質有著密切的相互作用。

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哈勃廣角望遠鏡所拍攝的SN2006gy和其所在的NGC1260銀河的照片(福克斯等人,皇家天文學會月刊,2015)

根據這個團隊的結果顯示,SN2006gy開始於一個雙星系統,其中一個是和地球差不多大的白矮星,另一個則是富含氫氣,和我們整個太陽系大小差不多的巨大星體。這兩個星體處於一個緊密的軌道里。

較大的星體正處於演變末期,並且因為新燃料的注入而不斷擴張。當它的包層不斷擴大時,白矮星將盤旋著墜入大星體的中心。

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當白矮星漸進式旋近時,更大質量的星體將去除一些包層。這些都發生在形成超新星之前的一個世紀以內。最終,白矮星到達中心並且變得十分不穩定,之後便爆炸形成Ia型超新星。

當超新星爆炸時,一些物質猛地撞入被去除的包層之中,這樣一個泰坦尼克號規模般的碰撞形成了SN2006gy的極端光輸出和奇異的發射譜線。

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Ia型超新星 圖源:btime

“Ia型超新星似乎出現於SN2006gy之後,這完全顛覆了大多數研究者們的認知。” 安德斯·傑士德說到,“一個白矮星可以與大質量富氫恆星處於一個緊密的軌道里,並伴隨著爆發而快速地墜入恆星中心。這些都為研究雙星演化理論和白矮星爆炸的必要條件提供了重要的新資訊。”

SN2006gy固然是極其明亮的,但其他星體的亮度也差不多與之接近。

另一個超新星,SN2005ap曾比SN2006gy更加耀眼,但這僅僅存在於它的巔峰時期,這樣的最高亮度只維持了幾天的時間。而SN2015L(同樣被稱作ASASSN-15lh)到目前為止仍然更為明亮。儘管它好像要演化為超高光度超新星,但它的性質仍有待商榷。

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超新星爆發SN2015L的想象圖,示意從超新星宿主星系中一顆距離SN2015L約1萬光年的行星上,觀看SN2015L爆發的情景。(北京大學科維理天文與天體物理研究所/北京天文館馬勁)

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在巔峰亮度時期,SN2015L是太陽亮度的5700億倍,同樣也是整個銀河系所發出全部射線亮度的20倍。

作者: EVAN GOUGH

FY: 蔡小兔

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