所有的超新星都很明亮。当一颗恒星在其生命结束时发生灾难性的爆炸时,它会释放出能量和光,其亮度可以超过其所在星系的其他部分。但有些超新星有点太亮了——至少从试图弄清楚是什么原因导致它们的研究人员的角度来看是这样。
2010年8月在夏威夷的Pan-STARRS 1望远镜中发现的一颗超新星就属于这一类。这颗超新星PS1-10afx距离我们如此遥远,以至于它的光线花了90亿年——超过宇宙年龄的一半——才到达地球。在那个距离上,它明显的 glow 表明这颗超新星的光度相当于源头的1000亿个太阳。但是,PS1-10afx 是一个超级发光的灾难,它超出了解释,还是一个有点平淡无奇的超新星,仅仅因为偶然的宇宙排列而显得非凡,这取决于你问谁。在最新发表的研究中,两个研究团队就这个问题采取了相反的立场。
哈佛-史密森天体物理中心的天文学家 Ryan Chornock 说:“它与以前的任何超发光超新星都不太匹配。” “在这种情况下,我们发现很难用任何这些模型来解释这个物体。”在4月20日出版的《天体物理学杂志》(ApJ) 的研究中,Chornock 和他的同事报告了这颗超新星的不寻常属性,包括比正常颜色更红、快速变亮和变暗以及极高的光度。“有这类超发光超新星,它们的光度比正常超新星高10到100倍,”Chornock 说。“这与那些超新星中最亮的例子相当。”
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然而,这些特征的组合似乎将 PS1-10afx 排除在任何已被提出作为各种超亮超新星能量来源的解释之外:例如,超新星在稠密的星周介质中爆炸,这将把爆炸的动能转化为额外的辐射,或者是在恒星坍缩中形成的高度磁化的中子星的快速旋转。研究人员在他们的研究中报告说,除了其极高的峰值光度外,PS1-10afx 在几乎所有可观察到的方面都是一个怪胎。
但是,如果这颗超新星实际上没有看起来那么亮呢?引力透镜效应是阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论的一个有据可查的后果,它可以显著放大和增亮遥远宇宙物体的外观。(换句话说,采用后视镜上的警告语:“望远镜中的物体比它们看起来更暗。”)当从地球上看,两个天体落入一条直线时,就会发生这种透镜效应:中间物体的引力会弯曲来自背景物体的光线,像放大镜一样将它们聚焦到地球。引力透镜效应的研究已经被用来推断星系团中不可见的暗物质的存在,并发现其他隐藏的系外行星围绕遥远的恒星运行。现在,一组研究人员认为,这种效应也可能解释异常的超新星 PS1-10afx。
天文学家 Robert Quimby 在一个科学会议上听了 Chornock 关于 PS1-10afx 和其他超新星的演讲,后来又阅读了ApJ 研究的预印本,开始自行研究可能的解释。“我认为当有人说,‘我们以前从未见过这种情况’时,你总是需要持怀疑态度,”Quimby 说,他常驻于东京大学卡弗里宇宙物理与数学研究所。“我们真的必须确保我们没有错过任何东西。” 因此,他将 Chornock 和他的同事收集的数据输入到两个计算机程序中,这两个程序试图将超新星光谱——按波长分解的光——与天文学家已经建立的各种超新星类别进行匹配:Ia 型、IIn 型等等。
“我立即得到了与 Ia 型超新星的完美匹配,”Quimby 说。“但是它太亮了。” Ia 型超新星——这种恒星爆炸为 1990 年代后期的宇宙加速膨胀提供了证据——被认为标志着一颗致密的白矮星的死亡,这颗白矮星吸积了足够的物质,使其膨胀超过了其最大稳定质量。
在ApJ Letters 5月1日出版的论文中,Quimby 和他的同事认为,这颗超新星是一颗相当普通的 Ia 型超新星,它被超新星和地球之间一些看不见但质量巨大的物体透镜效应放大了。透镜的一种可能性是一个小型星系,到目前为止尚未被探测到。
“我认为这是最有可能的解释——有两个星系,”Quimby 说。“只是有一个小的透镜星系,然后你有一个背景宿主星系”,超新星在那里发生。更奇特的可能性是,一个自由漂浮的黑洞放大了超新星。
Chornock 和他的同事不认为透镜机制是一种可能的解释。“这实际上是我们在他发表论文之前考虑过的一种假设,”Chornock 说。但是该团队基于许多因素拒绝了它,包括没有发现任何符合可能的引力透镜要求的物体。“根据我们对宇宙的了解,当然是不完美的,那种透镜通常是由星系团产生的。显然这里不是这种情况,因为没有星系团,”他补充说,Quimby 和他的同事赞成的解释“确实需要某种意想不到或不太可能的排列。”
Quimby 说,他和他的同事已经申请了哈勃太空望远镜的观测时间,以便进行更仔细的观察。如果来自超新星宿主星系的光线确实被引力透镜弯曲了,那么这种扭曲应该仍然是明显的。“这是这个结果的美妙之处之一:它是可测试的,”他说。