一颗超巨星失踪,超新星之谜得以解开

曾经在漩涡星系数十亿颗恒星中显得平平无奇的一颗恒星,在一场绚丽的超新星爆发中消失了

在浩瀚的宇宙中,总会在少数人类密切关注的地方发生一些激动人心的事情。就像一只珍稀鸟类降落在特莱维喷泉中沐浴一样,这种偶然出现的外来奇观会引来众多目击者和大量的照片记录。

最近在M51 螺旋星系(天文爱好者更熟知的名字是漩涡星系,一个距离地球约 2500 万光年的上镜星系旋涡)中发生的超新星爆发就是如此。2011 年 5 月底,那里一颗爆炸恒星的光芒抵达地球后不久,关于这场灾难的业余报告开始涌入天文电报中心局,这是一个新的望远镜数据交换中心。很快,这次爆炸被正式命名为超新星 2011dh。

漩涡星系有很多仰慕者,因此螺旋边缘上一个全新的亮点肯定会引起许多观察者的注意。“它真的是最近的星系之一,而且是一个美丽而非常著名的星系,”加州理工学院的天文学家斯凯勒·范·戴克说。


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更棒的是,漩涡星系中这份记录充分的超新星爆发,结果证明是一种罕见的 IIb 型超新星。这些爆炸是由一颗质量巨大的恒星坍缩造成的,这颗恒星的大部分外层氢壳已经被剥离,可能是被双星伴星的引力拉扯所致。在所有以灾难性坍缩结束生命的恒星中——这只是产生超新星的两种方式之一——只有大约十分之一会产生 IIb 型超新星。

天文学家对 IIb 型超新星爆发有一些笼统的解释,但揭示导致超新星爆发的确切事件链是一项艰巨的任务。由于天文学家永远不会知道一颗恒星即将爆发超新星,直到它已经爆炸,因此通常不可能确定究竟是哪颗恒星走向了暴力终结。只有在极少数情况下,天文学家才能找到足够详细的爆炸前区域图像来确定罪魁祸首。然而,在 2011 年,漩涡星系的盛名再次派上了用场。“在超新星被发现后的几天内,我们访问了哈勃太空望远镜数据档案馆,结果发现,HST 的一位前主任精心策划了 M51 的这幅美丽的马赛克图像——这张以各种颜色呈现的辉煌照片,”范·戴克说。在哈勃图像中,在 2011 年超新星毫无预警地出现的位置,2005 年曾存在一颗不起眼的黄色超巨星。

但许多研究人员发现,爆炸的轮廓与人们对超巨星坍缩的预期不符。相反,他们 2011dh 的数据指向了一颗更收缩的恒星的爆炸——可能是那颗黄色超巨星的双星伴星,它几乎被邻星的引力拉扯剥离到了核心。“我们最初认为,原恒星本质上是这颗被严重剥离的恒星,非常蓝,所以在哈勃图像中是看不见的,”范·戴克说。“黄色的恒星隐藏了实际上爆炸的蓝色恒星——这是我们的推测。”

然而,一个竞争团队得出了不同的结论。贝尔法斯特女王大学的贾斯廷·蒙德和他的同事们早期分析发现,哈勃在爆炸地点发现的那颗巨星确实是原恒星。“他们说,黄色的恒星就是爆炸的那颗恒星,”范·戴克说。“他们有其他数据,这些数据更符合更广阔的原恒星的情况。所以我们当时就是那样。”

到今年三月,在超新星首次出现在漩涡星系近两年后,范·戴克和他的同事再次征用哈勃望远镜进行另一次观察。令他们惊讶的是,他们原以为只是爆炸旁观者的黄色超巨星竟然消失了。另一个团队使用地面望远镜也看到了同样的情况。“我们只是想看看超新星的演变过程,”范·戴克说。“我们完全预计黄色的超巨星今年仍然会出现在这些图像中。”

超巨星的消失表明这颗恒星毕竟是超新星的来源。范·戴克和他的同事发表了他们的发现,证实了竞争对手的结论,该发现发表在8 月 1 日出版的《天体物理学杂志快报》上。“另一个团队实际上是正确的,我们在那方面完全懊悔,”范·戴克说。

但超新星 2011dh 的传奇故事不会就此结束。随着超新星遗迹的明亮污点持续消退,漩涡星系将恢复到 2011 年之前的样子——但少了一颗超巨星。到今年年底,最早在 11 月中旬,超新星的光芒将消退到足以让黄色超巨星的幸存伴星进入视野——如果这颗恒星确实像人们所推测的那样被锁定在双星系统中,以解释罕见的 IIb 型事件。“实际上你应该能够看到双星系统中的伴星,”范·戴克说,他指出,多个团队已经获得了哈勃望远镜的时间来跟踪超新星 2011dh 的演变。“如果他们看到双星伴星,那么这将为这种双星途径产生这种类型的超新星提供很多可信度,”他补充道。“那将非常重要。”

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