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从一颗位于一颗安静、相对可预测的恒星附近的行星的角度来看,导致宇宙其他地方发生剧烈恒星爆炸的情况听起来有些不可思议。一些这样的爆炸,称为 Ia 型超新星,发生在一种被称为白矮星的小而致密的恒星(直径大约与地球相当,但质量是地球的数十万倍)通过从邻近恒星吸取物质而变得过大,从而引发热核爆炸时。另一些灾变,称为 II 型超新星,发生在质量大得多的恒星(其中一些的质量是太阳的数十倍)在自身重量下内爆时。
幸运的是,这些情况发生的频率足够低,可以避免人类遭受附近超新星爆发的后果。但是宇宙是一个巨大的地方,像 Ia 型和 II 型超新星这样的局部罕见事件在广阔的空间中发生数量相对较多。现在,一项天空调查发现了一种更加罕见的超新星,这种超新星挑战了关于这种爆炸如何发生的标准解释。
加州理工学院的博士后研究员罗伯特·奎姆比在谈到这种新发现的现象时说:“它们看起来不像普通的超新星,这是最简单的说法。” 奎姆比是帕洛玛瞬变工厂 (PTF) 项目的一部分,该项目使用加州帕洛玛天文台的 1.2 米奥辛望远镜来定位宇宙中的爆炸,其中一些爆炸非常遥远,发生在数十亿年前,但其爆炸的光线现在才到达地球。PTF 团队在一项在线发表于 6 月 8 日《自然》杂志上的研究中描述了这一新类型的超新星。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)
四个新的 PTF 超新星,以及过去几年中发现的两个难以分类的事件,都具有相同的无法解释的特征:它们异常明亮,并且对其发射光的光谱分析显示没有常见超新星成分的痕迹,如氢、铁和钙。奎姆比说:“如果你像我一样查看数千个超新星光谱,你会立即发现这些光谱很特殊,它们没有你期望看到的正常波动。”
这种新型超新星的极端亮度,大约是爆炸白矮星产生的典型 Ia 型超新星的 10 倍,使其成为已知最亮的超新星之一。这种亮度使得奎姆比和他的同事能够在 PTF 发现的 1000 多个各种类型的超新星中发现少数几个新型超新星,尽管核心坍缩超新星似乎更常见 10,000 倍。
但是,这种新型超新星的亮度究竟是如何产生的仍然未知。超新星从其峰值亮度随时间衰减的方式与放射性元素的衰变不一致,而放射性元素的衰变正是 Ia 型超新星发光的原因。在像 II 型超新星这样的核心坍缩灾难中,铁等重元素出现在光谱中,通常伴随着来自膨胀超新星爆发遇到周围星周介质中的气体而产生的氢。
一种可能的超亮爆炸的起源是一颗质量非常大的恒星,大约是太阳质量的 100 倍,它会喷射出一个致密的贫氢物质壳。如果它随后发生核心坍缩以引发超新星,那么超新星驱动的喷射物将与现有的壳碰撞,从而发出明亮的光芒。弗吉尼亚大学的天文学教授罗杰·谢瓦利埃说,天文学家已经发现了一个在爆发事件之前发生的贫氢超新星的先例,他没有参与这项新研究。但那次爆发的规模太小,无法解释 PTF 团队的超新星的亮度。
或者,超新星可能留下了一个磁星,一种具有高度磁性的致密恒星残骸,被称为中子星。磁星的快速旋转可以为超新星喷射物提供内部动力源来使其发光。但是这种情况也缺乏观测支持;所有已知的磁星的自转速度都太慢,无法解释超亮爆炸的光芒。谢瓦利埃说:“你希望它的形成具有 1 到 3 毫秒的自转速率,而且我们没有任何证据表明磁星形成时具有这种自转速率。因此,至少原则上你可以通过这种方式产生高亮度,但同样,我们有很多不了解的地方。”
奎姆比和他的同事们正在继续寻找新的事件,并跟踪超新星随时间的衰减情况,以观察它们是如何演化的。他们甚至集结了哈勃太空望远镜来收集它们的紫外光谱。奎姆比说:“通过建立整个序列并加入紫外线数据,我们可以更好地了解这些事物的物理起源。” 但谢瓦利埃指出,目前,对于新发现的超新星类型来说,这两种机制都不是完全令人信服的。他说:“它们都有自己的优点和缺点,我不会说科学界已经就这里正在发生的事情达成共识。”