这是一场耀眼的死亡。大约13亿年前,一颗恒星爆炸,其威力是其宿主星系中千亿颗恒星总和的50倍。它非常明亮,如果发生在仙女座星系中,肉眼也能看到。这次爆发,官方名称为PTF10hgi,属于一种罕见的爆炸类型,称为“超亮”超新星,其亮度可以是典型超新星的数百倍。但天文学家无法解释其原因。
一种假设认为,它们的能量来自磁星——超高密度、快速旋转和高度磁化的恒星核心残骸,可以在超新星爆炸后形成。如果这些磁星的自转速度足够快,比如每秒1000次,它们可以通过释放磁化的风来迅速减速。这种风在磁星形成的那一刻产生,然后冲击抛射物,在几周内不断增加爆炸的热量和光,使其比原本更明亮得多。但这仅仅是一种假设。“我们缺少的圣杯——就是直接观测证实爆炸中心存在磁星,这个野兽,”哥伦比亚大学的天文学家布赖恩·梅茨格说。现在,一月份发布在预印本服务器arXiv上的一项研究可能恰好提供了那个圣杯。
哈佛-史密森天体物理学中心的博士生塔拉内·埃夫特哈里、她的导师江户·伯杰、梅茨格和他们的同事在PTF10hgi曾经爆发的确切位置探测到了射电光。这是天文学家首次在这些超亮超新星之一的爆发后探测到射电辐射。由于射电光是在电子在磁场中加速时产生的,这一发现表明磁星就位于超新星爆发的地点——可能解开了一个近十年前的谜团。“这是我们第一次穿透爆炸看到引擎——看到幕后的巫师,”伯杰说。“这本身就非常了不起。”
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业: 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
梅茨格的热情稍微保守一些。“这是一个令人兴奋的暗示,表明我们可能首次获得直接证据,证明超亮超新星是由中心磁星提供能量的,但我们需要更多的观测,”他说。该团队已经提交了几项提案,对该天体进行后续研究,以便他们能够肯定地说,是磁星而不是其他原因产生了射电辐射。西北大学的天文学家迪安妮·科佩詹斯没有参与这项研究,她也认为未来的数据至关重要。“目前看来非常有希望,但他们提出的观测应该能解开这个谜团,”她说。
同一枚硬币的两面
这项研究也可能解开第二个谜团——快速射电暴,或FRB。这些短暂、明亮的射电波闪烁似乎起源于遥远的星系,但其精确来源仍然未知,使其成为天体物理学中最令人好奇的谜题之一。尽管它们可能看起来与超亮超新星无关,但当埃夫特哈里和她的同事们接收到与PTF10hgi同时发生的射电辐射时,它让人想起与其中一个FRB相关的射电光。这对团队来说并不意外——这正是埃夫特哈里和她的同事们希望找到的特征。
2016年,天文学家宣布了FRB谜团中的一个重要线索:其中一个爆发,即FRB 121102,闪烁了不止一次,使其成为第一个重复爆发。这一发现使科学家能够将其放置在宇宙地图上——将其定位在一个距离地球约25亿光年的星系中。令人惊讶的是,那个星系并非平平无奇,而是一个重元素稀少的矮星系——这种奇特之处与超亮超新星起源的星系非常相似。这让天文学家开始怀疑两者是否可能以某种方式相关。此外,当研究人员定位重复FRB时,他们发现一个持续存在的较弱辐射源,它来自爆发发生的精确位置。这种射电辐射表明,爆发起源于强磁场中,而强磁场可能由磁星产生。
这两个暗示让梅茨格和伯杰推测,超亮超新星和FRB是同一天体的两种不同特征。2017年,他们发表了一项研究,其中包含大量理论计算,表明磁星首先会产生超亮超新星——然后,在几年甚至几十年后,产生多个FRB(尽管具体如何产生仍然是个谜)。而且,在此期间,磁星会创造一个在射电光中发光的星云。如果这个假设是正确的,天文学家应该能够在这些超亮超新星首次爆发后的几年内观察到星云持续的射电光,并且——如果他们真的幸运的话——看到一两个快速射电暴。
追踪更多线索
最近,许多团队开始寻找那个确切的特征。埃夫特哈里和她的同事们使用位于新墨西哥州的甚大阵(VLA)和位于智利安第斯山脉的阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)分析了25个超亮超新星。当他们发现这个射电源时,似乎证实了他们最高的希望,不仅提供了(或接近于)证明超亮超新星是由磁星产生的证据,而且暗示同一个磁星也可能产生FRB。“在我们第一次搜索中就取得了如此美好的结果,这有点好得令人难以置信,”伯杰说。
该领域的其他研究人员也同样兴奋。“这是一个诱人的发现,它确实暗示着一些长期以来困扰我们的神秘天体——超亮超新星和快速射电暴——都是同一事物的表现,”英国华威大学的天文学家安德鲁·列文说,他没有参与这项研究。“这是一个伟大的发现。”
但这仍然只是一个线索。为了将其转化为确凿的证据,天文学家希望看到FRB——而不仅仅是射电辐射——从过去的超亮超新星中发出。“那将是真正的确凿联系,”加州大学伯克利分校的天文学家凯西·劳说,他没有参与这项工作。这样的发现可能即将到来。许多科学家渴望跟进这个天体和其他超亮超新星。
马克斯·普朗克射电天文学研究所的天文学家劳拉·斯皮特勒发现了第一个重复FRB,但没有参与这项研究,她计划很快观测这个天体。而劳已经完成了在超亮超新星遗址中搜索FRB的工作,但尚未分析观测结果,他可能已经在他的数据中隐藏了一个。