一颗恒星被剪：观测超新星的精妙艺术非常适合业余爱好者

9 月的一个晚上，业余天文学家维克多·布索将他 40 厘米的望远镜搬到他在阿根廷罗萨里奥的屋顶天文台，并将其指向一个相对较近的星系，名为 NGC 613。他说他随机选择了它，并表示“在天空那个区域的星系中，NGC 613 的形状很漂亮，有明亮和黑暗云环。”

拍摄星系需要大量光线收集；布索花了一个半小时，不顾城市灯光的影响，创建了螺旋星系及其扭曲臂的曝光图。完整的天文图像通常由一系列组合在一起的图像构成，而布索的前 40 张图像并没有显示出任何特别之处。

休息 45 分钟后，他恢复了观测——就在那时，他捕捉到了一些大的东西，亮度每分钟都在增加。一颗长期从其双星伴星那里吸取质量的恒星已经坍塌，随着恒星大气层的外层被剥离，它产生了一个巨大的冲击波。布索在 2016 年 9 月 20 日的晚上，当它的光到达地球时捕捉到了这一事件。

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他向天文学界的成员发送了通知，他们立即采取了行动。布索捕捉到的是 IIb 型超新星的最初阶段，其中两颗质量是太阳 8 到 10 倍的恒星被锁定在一个致命的引力拥抱中，直到其中一颗爆炸。消息迅速传播开来，后续观测成为一项全球性的努力，澳大利亚的观测者接替了其他人的工作。拉普拉塔天体物理研究所的梅琳娜·伯斯滕和同事加斯顿·福拉泰利第二天通过 Skype 与布索聊天，开始他们自己从离罗萨里奥一小时车程的观测点进行的观测。“天空非常明亮，他很幸运，那天晚上天空晴朗，视野很好，”福拉泰利说。

该合作的初步结果于周三发表在《自然》杂志上。这是首次及时捕捉到这种超新星的初始冲击波，使天文学家能够彻底了解这些强大恒星事件的最初几个小时。（美国宇航局的开普勒望远镜在 2016 年捕捉到了类似的超新星的官方首次闪光，但该事件的距离和时间使得后续跟踪变得困难。）布索早些时候发现了一颗新的变星和一颗以前未被发现的小行星，“但是发现和记录如此早期的超新星，这是迄今为止人类历史上最早的一次，这让我非常感动，”他通过电子邮件写道。

新论文的第一作者伯斯滕说，这颗名为 SN 2016gkg 的超新星现在正在平静下来，足以让天文学家寻找其伴星的遗骸。星云——爆炸产生的发光电离气体和尘埃外壳——应该很快冷却并褪色至相对透明，从而可以看到受损的剩余恒星。“我们预计它会在那里，或多或少在超新星所在的同一位置，”伯斯滕说。“我们唯一需要做的就是等待一段时间，让超新星足够[稳定]。”

业余时间

据研究超新星的澳大利亚国立大学的天体物理学家布拉德·塔克称，宇宙中每秒钟都有 50 颗恒星爆炸，但大多数都太遥远，无法从地球上看到。塔克说，其他一些没有被发现是因为它们太近了：其中一些被星际尘埃遮挡，而另一些对于专业天文台望远镜来说太耀眼，无法聚焦；它们只表现为模糊的光斑。许多大型天文台是为更远的目标或那些从地球上看起来非常微弱的光线而设计的。因此，更具能量的事件可能更像是一个手电筒直接照进人的眼睛，而不是在天文客厅里打开一盏灯。

这些因素使得业余天文学家非常适合捕捉相对清晰的超新星。他们的望远镜和成像设备更适合较亮的物体，而且他们倾向于在晚上专注于少数几个目标，而不是监视整个夜空的大型天文台巡天。塔克在公民科学网站 Zooniverse.org 上领导一个名为超新星观测的项目，正是出于这个原因而招募业余爱好者。“因为业余爱好者可以专注于每晚只观测几个星系，如果他们要捕捉到什么，他们会很快捕捉到，”塔克说。

有时，专业天文台可能会发现一颗正在出现的超新星，然后转向业余爱好者，以帮助收集更多急需的数据。一些业余天文学家可能只使用人眼可见的光波长，而另一些人可能会尝试在其他频率（如红外线）中看到它。还有一些人建立了自己的光谱仪——测量恒星或其他物体发出的化学痕迹的传感器。“他们发现的 [超新星] 没有专业巡天那么多，”塔克说。“但通常当他们发现一些东西时，它比我们发现的要重要得多。”

主要事件

就超新星而言，IIb 型不是最稀有的形式。过去几十年里发现了一些；大多数恒星都是成对诞生的，它们的恒星关系并不总是共生的、付出和给予的关系。然而，罕见的是能够足够早地捕捉到一个超新星，以观看其最初的时刻，即质量较大的恒星的核心坍塌成致密的中子星或黑洞，并剥离了即将成为超新星的氢包层，天文学家称之为“冲击爆发”。

SN 2016gkg 是一颗标准的 IIb 型超新星，与通常在后期看到的超新星几乎没有区别，“这使得这种早期检测更加有用，”查尔斯顿学院的恒星天体物理学家阿什利·帕格诺塔说，她没有参与这篇新论文。通过捕捉最初的几个时刻，天文学家可以将观测结果与超新星如何演化的预测模型相匹配。如果把超新星比作一本书，我们通常只看到中间和结尾。现在天文学家有了开头。“你在内部看到了核心的初始坍塌，当它撞击并反弹出去时，你会从那里得到冲击波，”帕格诺塔说。“我们对[冲击波]了解不多，部分原因是我们通常看不到它。关键是，由于它是最初从核心逸出的冲击波，它非常快，并且亮度会非常快地升高。”

冲击爆发发生在几个小时的时间尺度上，尽可能多地捕捉到它是理解这些初始阶段的关键。据伯斯滕称，这一初始事件具有爆炸性，在这种情况下，可能会从爆炸的恒星中留下一颗中子星。

最新捕捉到的事件，像大多数超新星一样，并没有保持长时间的明亮。“它正在下降，现在变得非常、非常微弱——比发现时微弱数百甚至数千倍，”该论文的合著者福拉泰利说。即将到来的哈勃太空望远镜观测可能会揭示 SN 2016gkg 的剩余部分，仔细分析剩余的星云，以寻找双星加速进入未知区域的迹象。

下一个此类超新星可能会被帕洛玛天文台的兹威基瞬变设备等仪器发现，这是一个专门为监测天空中短暂事件而设计的自动化望远镜。或者，也许一位幸运的观测者（专业或业余）会偶然发现下一次事件。但无论谁捕捉到它——以及在哪里捕捉到它——业余爱好者很可能被证明对于收集一些更细致的恒星大爆炸数据至关重要。尤其是如果它发生在我们自己的星系中。

“如果[银河系]发生下一个可见的银河系超新星，任何专业望远镜都无法看到它；它太亮了，”帕格诺塔说。“尤其是在早期，我们将几乎完全依赖业余爱好者。”