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超新星是宇宙中最华丽的烟花

在最新的一项研究中,天文学家发现了第一个令人信服的证据,表明宇宙中有一种新的恒星爆炸——电子捕获超新星。早在大约40年前,东京大学的Kenichinomoto等人就提出了电子捕获超新星的理论,但天文学家一直没有找到它们真正存在于宇宙中的例子。

超新星主要分为热核和铁核坍缩两种类型。热核超新星是白矮星在双星系统中获得物质后的爆炸。这些白矮星是生命结束后留下的低质量恒星(约8倍太阳质量)的致密残骸;当大质量恒星(约10倍太阳质量)耗尽核燃料时,铁核坍缩形成黑洞或中子星。

电子捕获超新星介于这两颗主要超新星之间。根据理论,它是由高质量的超渐近巨星支(SAGB)恒星爆炸引起的。这些恒星的质量在太阳质量的8~10倍之间,不足以产生铁。当它们的核心由氧、霓虹灯和镁组成时,它们会停止聚变。燃料一旦耗尽,重力就会挤压氧-霓虹镁核心中的原子,迫使电子在被称为电子捕获的过程中进入原子核,导致恒星核心在自身重量的作用下弯曲坍缩,从而形成电子捕获超新星。但对于这些预测,科学家们一直缺乏证据。

恒星的最终状态是太阳质量的8-10倍。当核心变得足够致密时,霓虹灯和镁开始吞噬电子,降低核心压力,导致坍缩。图片来源:S.WILKINSONLASCUMBRESOBSERVATORY

现在,一个国际研究团队花了两年时间收集超新星SN2018zd的详细数据,并确认这是第三颗超新星。他们在《自然天文》杂志上发表了这一发现,为与电子捕捉超新星相关的理论提供了第一个证据。

在过去的几十年里,理论家们预测了电子捕获超新星及其SAGB恒星的前身天体。例如,他们认为这些恒星应该是高质量的;他们在爆炸前会失去很多质量;当他们即将死亡时,他们应该有不寻常的化学成分。此外,电子捕获超新星应该很弱,只有少量的放射性沉降物,其核心应该富含中子元素。

最后,在这项新研究中,研究人员通过全球数十个望远镜在超新星SN2018zd上发现了许多不寻常的特征,其中一些首次出现在超新星上。

20183月,天文学家发现SN2018zd位于NGC2146星系,距离我们大约3100万光年。研究人员检查了哈勃空间望远镜拍摄的爆炸前图像,并在爆炸前探测了前身恒星的外观。这些观测结果与银河系最近发现的另一颗SAGB恒星一致,但不同于红色超级巨星-普通铁核坍缩超新星的前身天体。

他们查阅了所有发表过的关于超新星的数据,发现虽然其中一些也具有与预测中的电子捕获超新星一致的特征,但只有SN2018zd具有所有一致的特征——它有一颗SAGB恒星作为前身天体,爆炸前有重大质量损失。它还含有不寻常的化学成分,爆炸很弱,放射性很小,是富含中子的核心。显然,所有的证据都表明,这是一颗电子捕获超新星。

新发现还揭示了其他一些超新星隐藏的奥秘。公元1054年,中国天文学家记录了银河系发生的超新星爆发。它非常明亮,甚至天文学家也可以在23天内看到它的存在;晚上,它闪耀了近两年。这是超新星SN1054,它的残骸最终形成了著名的蟹星云。

在此之前,SN1054是研究电子捕获超新星的最佳候选人。它的许多方面都得到了详细的研究,但它的状态仍然存在一定的不确定性,部分原因是爆炸发生在近1000年前。新的结果增强了历史上著名的超新星是电子捕获超新星的可能性,并解释了为什么它比模型更亮。因为正如SN2018zd所看到的,由于超新星喷出物与原始恒星释放物的碰撞,可能会加强其亮度。

天文学家认为,这颗超新星也将帮助我们解码更多关于超新星的秘密。在这个过程中,我们将获得更多与之相关的基本物理信息,如一些中子星是如何形成的,极端恒星是如何生存和死亡的,以及构成我们的元素是如何产生和分散在宇宙中的。

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