肯·申正在与太阳赛跑。当时是 4 月 25 日凌晨 3 点，申——加州大学伯克利分校的天文学家——穿着睡衣坐在厨房的餐桌旁。就在那一刻，欧洲航天局盖亚探测器背后的科学家发布了该任务的第二批数据。申的任务是梳理这些数据，找出银河系中移动速度最快的恒星，然后通过地面望远镜的独立观测来验证它们的身份。在太阳的光辉开始照射西海岸前的 30 分钟，申设法找到了他的第一个目标，并将它的坐标发送给圣何塞附近利克天文台的一位合作者。
但他无法爬回床上。在接下来的 24 小时里，申和他的同事们在盖亚数据中搜寻少量候选者，以便用南非、加那利群岛、亚利桑那州和加利福尼亚州的望远镜进行观测。经过一周的仔细分析，研究人员确信他们已经找到了我们星系中最快的三颗恒星。但这不仅仅是速度让他们感兴趣：如此快速移动的恒星是申正在寻找的关于某些恒星如何爆炸的新理论的决定性证据。4 月 30 日，该团队将他们的研究结果发布到预印本服务器 arXiv，并提交给《天体物理学杂志》进行同行评审发表。
申的理论涉及 Ia 型超新星，这是一种恒星爆炸，其亮度非常一致和均匀，以至于天文学家已将其用作衡量宇宙浩瀚程度的基准。无论是在银河系中，还是在可观测宇宙另一端的星系中，这些灾难性的爆炸总是显示出几乎完全相同的光度，从而可以精确计算它们的距离。这项工作已经证明宇宙的膨胀正在加速——这一进展获得了 2011 年诺贝尔物理学奖——并帮助验证了暗能量的存在。Ia 型爆炸还会产生和分散重元素（包括我们血管中血液中的铁），因此在星系演化研究中起着至关重要的作用。
支持科学新闻报道
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报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和思想的具有影响力的故事能够持续下去。
然而，天文学家并不了解启动这些耀眼爆炸的确切过程。“这有点令人尴尬，”卡内基天文台的天文学家安东尼·皮罗说，他没有参与这项新研究。“Ia 型超新星对于天体物理学的许多不同领域来说都是非常基础的。”
天文学家仍然确信白矮星——类太阳恒星的致密、地球大小的残余物——是 Ia 型超新星背后的天体罪魁祸首。但由于这些天体过于稳定，无法自行爆炸，因此必须有一颗伴星——无论是另一颗白矮星、像我们太阳这样的恒星，甚至是巨星——将它们推过临界点。一种经典模型表明，一些 Ia 型爆炸发生在两颗白矮星相互螺旋靠近并合并时。但在近十年里，申一直在完善一个略有不同的想法：他认为在这些情况下，两颗白矮星永远不会真正碰撞。相反，当它们彼此靠近时，一颗恒星的引力会从另一颗恒星中拉出物质（特别是氢气和氦气）。气体像锤子一样撞击其邻居，引发恒星表面的爆炸，从而在恒星核心内部和周围引发第二次爆炸——Ia 型爆发。这种爆炸威力足以以每秒高达一千公里的速度将剩余的恒星踢开。但在近十年里，这仅仅是一个模型。如果申能找到这些快速恒星，他就可能获得他假设的观测证据，并由此更好地理解这些至关重要的宇宙灯塔。
盖亚号非常适合发现高速恒星，从而为申可以研究的候选者提供条件。为了创建其银河系地图，该探测器跟踪超过十亿颗恒星的位置、运动和亮度，为其中的许多恒星提供了完整的三维轨迹。如此精确的跟踪有助于确定任何特定天体相对于我们在太阳系中的视点的移动速度。
从盖亚数据中，申的团队标记了七颗候选的超高速白矮星。事实证明，其中四颗是相当普通的、移动速度较慢的恒星，其运动在数据中可能不准确。但剩下的三颗是真正的速度之星。更重要的是，它们具有被认为表明申提出的形成机制的奇异特征：每颗都比典型的白矮星大 10 倍左右，据推测是因为它们的外部层因从 Ia 型爆炸中获得的额外能量而膨胀。这三颗恒星也缺乏氢和氦，如果它们已将这些元素捐赠给伴星白矮星以引发爆炸，那么这是可以预期的。最后，申和他的同事们追溯了这些恒星的时间，发现其中至少一颗似乎起源于三年前在飞马座中发现的一个微弱的超新星遗迹 发现。
“这个观测非常令人兴奋，”皮罗说。“我认为这将启动未来几年许多非常有趣的研究方向。当你能确定那个关键时刻，知道很多人都会涌入这个领域时，总是令人兴奋的。”皮罗说，盖亚数据中的三颗超高速白矮星提高了申提出的机制正确的可能性——但指出仍需要更确凿的证据。例如，Ia 型爆炸可能会在幸存的白矮星表面喷洒可检测到的大量重元素。如果天文学家在这些白矮星上发现此类恒星灰烬，那将为申的假设提供进一步的支持。
哥伦比亚大学研究超高速恒星但未参与这项研究的天文学家基思·霍金斯也同意还有更多工作要做。他说，第一步将是仔细检查支持申团队的惊人发现的数据。“每当您查看异常值时——在这种情况下，这些东西以令人难以置信的高速移动，所以它们是异常值——您必须非常小心数据是否存在问题，”他说。例如，其中两颗白矮星似乎只在天空平面上移动，没有任何朝向或远离我们的运动——这与盖亚的视线方向奇怪地对齐，大多数天体不太可能具备这种对齐方式。
目前，申欢迎进一步仔细审查这些恒星，以查看它们的起源是否真的像他暗示的那样离奇。他说，他和他的团队只是很高兴能找到任何候选者；他估计成功的机会约为 25%，担心超高速白矮星可能太暗而无法探测到。但是，如果多年来的证据表明这些超高速恒星是他假设中名副其实的白矮星，那么其影响将是深远的——使天文学家能够更好地了解某些 Ia 型超新星是如何爆炸的，从而为支持他们探索宇宙大尺度结构和演化的测量提供更好的立足点。