天文学家首次目睹了超新星爆发

天文学家首次目睹了超新星爆发


原文 | Evan Gough

翻译 | Linvo

这是天文学的又一创举。

近日,天文学家首次实时拍摄到一颗红超巨星生命结束时的图像。他们目睹了这颗恒星在最后爆炸成为超新星之前的垂死挣扎。观察结果与之前关于红巨星爆炸前行为的理论有出入。

一组天文学家通过夏威夷的两个天文台:位于毛伊岛哈雷阿卡拉的泛星(Pan-STARRS)天文台和位于夏威夷岛莫纳基亚的W. M. Keck天文台,观察了这一戏剧性的变化。他们的观测是“年轻超新星实验(YSE)”瞬态观测的一部分。他们在爆炸前的最后130天里观察了这颗名为SN 2020tlf的超新星爆炸。

介绍这一发现的论文标题是“最后时刻:发光的II型超新星2020tlf在质量损失增强之前的前体发射和表层膨胀”。这篇论文发表在《天体物理学杂志》上,主要作者是Wynn Jacobson-Galán,加州大学伯克利分校的NSF研究生研究员。

Jacobson-Galán在一份新闻稿中说:“这是我们在理解大质量恒星死亡前会做什么方面的一个突破。”“在一颗红超巨星中直接探测到超新星爆发前的活动,以前从来没有在一颗普通的II型超新星中观测到过。我们第一次看到了一颗红超巨星爆炸!”

这一发现可以追溯到2020年的夏天。那时,这颗原恒星的光度急剧上升。Pan-STARRS探测到这一变亮现象,当秋天到来时,这颗恒星爆炸成了现在的SN 2020tlf。这颗超新星属于II型超新星,在II型超新星中,一颗大质量恒星经历了快速坍缩,然后爆炸。

研究小组使用Keck天文台的低分辨率成像光谱仪(LRIS)捕捉到这颗超新星的第一个光谱。LRIS的数据显示,当恒星爆炸时,它周围出现了环绕恒星的物质。这些物质很可能是泛星观测系统在恒星爆炸前的夏天所看到的。

“Keck在提供大质量恒星转变为超新星爆炸的直接证据方面发挥了重要作用,”资深作者Raffaella Margutti说,他是加州大学伯克利分校天文学副教授。“这就像看着一颗滴答作响的定时炸弹。我们从未在一颗垂死的红巨星中确认过如此剧烈的活动,我们看到它产生如此明亮的发射,然后坍塌和燃烧,直到现在。”


天文学家首次目睹了超新星爆发

数据显示了超新星爆炸的情况。绿色是所有波长的电磁辐射的总和,红色是黑体辐射的温度,蓝色是天体的半径

爆炸后,研究小组转向其他Keck仪器继续观测。来自深度成像和多目标光谱仪(DEIMOS)和近红外梯队光谱仪(NIRES)的数据显示,这颗前恒星的质量是太阳的10倍。这颗恒星位于大约1.2亿光年外的NGC 5731星系中。

该团队的观察结果对II型超新星及其前恒星有了一些新的认识。在这些观测之前,没有人看到过红超巨星在爆炸前呈现出这样的亮度峰值和如此强大的喷发。通常认为他们在最后的日子里应该相对比较平静。

红超巨星在核心坍缩之前喷射出物质。但这种物质喷射的时间尺度比SN 2020tlf要长得多。这颗超新星在坍缩前的130天里会发射环恒星物质(CSM),这让它有点令人困惑。这颗恒星爆炸前的明亮闪光在某种程度上与喷射出的环恒星物质有关,但研究团队并不确定它们是如何相互作用的。

天文学家首次目睹了超新星爆发

艺术家对II型超新星爆炸的印象,一个巨大的超巨星的毁灭。

恒星内部导致坍缩的显著变异性令人费解。这颗恒星在爆炸前强烈的光爆表明,在它的内部结构中发生了未知的事情。无论这些变化是什么,它们都会在恒星坍缩和爆炸之前导致巨大的气体喷射。

在他们的论文中,作者讨论了可能导致气体喷射的原因。一种可能是波驱动的质量损失,这发生在恒星演化的晚期阶段。他们写道:“在SN能够将能量注入到外层恒星层之前的最后几年里,氧或氖的燃烧激发了引力波,导致了表层膨胀和爆发的质量损失。”但目前的波驱动模型与前恒星的气体喷射并不相符。它们与前恒星最后130天的半径一致,但与亮度爆发不一致。

在论文的结束语中,作者做了简要的总结:“鉴于从星云光谱中得出的前恒星质量范围,质量损失和前恒星辐射的增强,很可能是恒星内部深层不稳定的结果,最有可能与最后的核燃烧阶段有关。无论是在氖/氧燃烧阶段产生的引力波,还是在前恒星最后130天的硅闪光中产生的能量沉积,都可能喷射出恒星物质,然后在爆炸前通量和早期SN光谱中能被检测到。”

如果有一颗超新星有这样的行为,那肯定还有更多的。该团队的发现意味着,像“年轻超新星实验”这样的短暂调查,现在有办法在未来找到更多的超新星。如果调查发现更多的恒星喷出类似这样的物质,那么他们就知道要密切关注它,看看它是否会坍塌和爆炸。

“我对这一发现所解开的所有新的‘未知’感到非常兴奋,”Jacobson-Galán说。“探测更多像SN 2020tlf这样的事件将极大地影响我们如何定义恒星演化的最后几个月,将观测人员和理论人员联系起来,寻求解决大质量恒星如何度过它们生命的最后时刻的谜题。”


原文:

https://www.universetoday.com/153993/astronomers-watch-a-star-die-and-then-explode-as-a-supernova/

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投稿时间:2022-01-15  最后更新:2022-04-29

标签:超新星   夏威夷   光谱仪   天文台   天文学家   光谱   恒星   巨星   物质   损失   质量

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