超新星，是宇宙中最絢麗的“煙火”。

在一項(xiàng)最新的研究中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了首個(gè)令人信服的證據(jù)表明，宇宙中存在著一種新型的恒星爆炸——電子俘獲超新星。早在大約40年前，東京大學(xué)的Ken’ichi Nomoto等人就提出過關(guān)于電子俘獲超新星的理論，但一直以來(lái)，天文學(xué)家都沒有找到它們真實(shí)存在于宇宙中的的例子。

超新星主要分為兩種類型：熱核和鐵核坍縮。熱核超新星是一顆白矮星在雙星系統(tǒng)中獲得了物質(zhì)后發(fā)生的爆炸，這些白矮星是低質(zhì)量恒星（約小于8倍太陽(yáng)質(zhì)量）在生命結(jié)束后遺留下來(lái)的致密殘??；鐵核坍縮超新星是當(dāng)大質(zhì)量恒星（約大于10倍太陽(yáng)質(zhì)量）耗盡核燃料時(shí)，其鐵核坍縮，形成黑洞或中子星時(shí)產(chǎn)生的。

電子俘獲超新星介于這兩種主要超新星之間。根據(jù)理論，它是由大質(zhì)量的超漸近巨星支（SAGB）恒星爆炸產(chǎn)生。這些恒星的質(zhì)量在8~10倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，這樣的質(zhì)量不足以產(chǎn)生鐵，當(dāng)它們的核心由氧、氖和鎂構(gòu)成時(shí)，就會(huì)停止聚變。一旦耗盡燃料，引力就會(huì)擠壓氧-氖-鎂核心中的原子，迫使電子在一個(gè)被稱為電子俘獲的過程中進(jìn)入原子核，導(dǎo)致恒星的核心在自身重量的作用下發(fā)生彎曲和坍縮，從而形成電子俘獲超新星。但對(duì)于這些預(yù)測(cè)，科學(xué)家一直缺乏證據(jù)證明。

質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量8-10倍的恒星的最終狀態(tài)。當(dāng)核心變得足夠致密時(shí)，氖和鎂開始吞噬電子，降低核心壓力，引發(fā)坍縮。| 圖片來(lái)源：S. WILKINSON; LAS CUMBRES OBSERVATORY

現(xiàn)在，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)用兩年的時(shí)間，收集了超新星SN 2018zd的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并確認(rèn)了這就是第三種超新星。他們將這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然-天文》雜志上，為與電子俘獲超新星相關(guān)的理論提供了首個(gè)證據(jù)。

在過去的幾十年里，理論家已經(jīng)對(duì)電子俘獲超新星以及它們的SAGB恒星前身天體做了很多預(yù)測(cè)。比如他們認(rèn)為這類恒星應(yīng)該質(zhì)量很大；它們?cè)诒ㄇ皶?huì)失去很多質(zhì)量；在即將死亡時(shí)，它們應(yīng)該有著不同尋常的化學(xué)成分。此外，電子俘獲超新星應(yīng)該很弱，只有很少的放射性沉降物，并且其核心應(yīng)該有富含中子的元素。

終于，在這次的新研究中，研究人員通過全球范圍內(nèi)的數(shù)十個(gè)望遠(yuǎn)鏡，在超新星SN 2018zd身上發(fā)現(xiàn)了許多不同尋常的特征，其中有的特征是首次出現(xiàn)在超新星上的。

SN 2018zd于2018年3月被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它位于NGC 2146星系，距離我們大約3100萬(wàn)光年之遠(yuǎn)。研究人員檢查了由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到的爆炸前的圖像，并探測(cè)到爆炸發(fā)生之前的前身恒星的樣子。這些觀測(cè)結(jié)果與最近在銀河系中發(fā)現(xiàn)的另一顆SAGB恒星一致，但與紅超巨星——普通鐵核坍縮超新星的前身天體，有所不同。

他們查閱了所有已發(fā)表過的關(guān)于超新星的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)雖然其中有些也擁有一部分與預(yù)測(cè)中的電子俘獲超新星相符的特征，但只有SN 2018zd擁有所有相符的特征——它擁有一個(gè)SAGB恒星作為前身天體，在爆炸發(fā)生之前有重大的質(zhì)量損失，它還有不同尋常的化學(xué)成分，且爆炸微弱，以及很少的放射性和一個(gè)富含中子的核心。很明顯，所有的證據(jù)都表明，這是一顆電子俘獲超新星。

新發(fā)現(xiàn)還揭示了一些其他超新星所隱藏的奧秘。公元1054年，中國(guó)天文學(xué)家記載了發(fā)生在銀河系發(fā)生中的超新星爆發(fā)，它非常明亮，乃至天文學(xué)家在23天的白天都能看到它的存在；在夜晚，它更是閃耀了將近兩年的時(shí)間。這就是超新星SN 1054，它的殘骸最終形成了著名的蟹狀星云。

蟹狀星云的合成圖像。| 圖片來(lái)源：NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF AND G. DUBNER (UNIVERSITY OF BUENOS AIRES)

在此之前，SN 1054是一顆用于研究電子俘獲超新星的最佳候選，它的許多方面都已經(jīng)被詳細(xì)研究過，但其狀態(tài)還具有一定的不確定性，部分原因是這次爆炸發(fā)生在近一千年前。新的結(jié)果增強(qiáng)了這顆歷史上著名超新星是一顆電子俘獲超新星的可能性，也解釋了為什么它比模型中要更亮。因?yàn)檎缭赟N 2018zd所看到的那樣，其亮度可能由于超新星噴出物與原始恒星釋放的物質(zhì)發(fā)生碰撞而得到了加強(qiáng)。

論文的第一作者是加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的Daichi Hiramatsu，對(duì)于此次的發(fā)現(xiàn)，他表示：“對(duì)我們所有人來(lái)說，這是一個(gè)‘頓悟的時(shí)刻’，我們終于可以完成40年前的理論閉環(huán)。對(duì)我個(gè)人來(lái)說，我的天文學(xué)生涯是從我在高中圖書館中看到那些令人驚嘆的宇宙圖片開始的，其中一個(gè)就是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到的蟹狀星云?！?/span>

作為電子俘獲超新星理論的提出者之一，Nomoto為這一發(fā)現(xiàn)感到興奮。他表示：“我很高興這個(gè)電子俘獲超新星終于被發(fā)現(xiàn)了，我的同事和我曾在40年前預(yù)測(cè)過它的存在，而且它與蟹狀星云有關(guān)。我非常感謝為獲得這些觀測(cè)所付出的巨大努力。這是觀測(cè)和理論結(jié)合的一個(gè)極佳例子?！?/span>

天文學(xué)家相信，這顆超新星還將幫助我們解碼更多有關(guān)于超新星的秘密。并且在這個(gè)過程中，我們將獲取更多與之有關(guān)的基本物理學(xué)信息，比如一些中子星是如何形成的，極端恒星是如何生存和死亡的，以及構(gòu)成我們的元素是如何產(chǎn)生并散布在宇宙中的。

彩蛋

我們已經(jīng)知道，大質(zhì)量恒星在超新星爆發(fā)后，其核心會(huì)坍縮成致密天體黑洞或中子星。當(dāng)這些致密天體相互靠近、并合時(shí)，會(huì)攪亂時(shí)空，產(chǎn)生以光速傳播的引力波。在過去的幾年里，研究人員已經(jīng)探測(cè)到了由雙黑洞并合和雙中子星并合產(chǎn)生的引力波。昨天，在歷經(jīng)了約18個(gè)月的分析后，天文學(xué)家宣布他們首次發(fā)現(xiàn)由黑洞吞噬中子星產(chǎn)生的引力波，而且是兩個(gè)這樣的引力波事件。

#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

文：不二北斗

#原文來(lái)源：

https://www.news.ucsb.edu/2021/020338/goldilocks-supernova

https://cosmosmagazine.com/space/astrophysics/new-type-of-supernova-spotted/

https://www.nature.com/articles/s41550-021-01384-2

#圖片素材來(lái)源：

封面圖：NASA/STSCI/J. DEPASQUALE; LAS CUMBRES OBSERVATORY

引力波：Carl Knox/OzGrav/Swinburne Univ.

來(lái)源：原理

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