当垂死恒星以超新星形式爆炸时，它们通常会喷射出混乱的尘埃和气体网络。但是，一张新的超新星遗迹图像看起来完全不同——仿佛其中心恒星引发了一场宇宙烟花表演。这是研究人员迄今为止发现的最不寻常的遗迹，可能指向天文学家长期以来难以解释的一种罕见超新星。
“我研究超新星遗迹已经 30 年了，但我从未见过这样的景象，”位于新罕布什尔州汉诺威的达特茅斯学院的天文学家罗伯特·费森说，他于去年年底拍摄了该遗迹的图像。他在 1 月 12 日举行的美国天文学会会议上报告了他的发现，并在同一天在尚未经过同行评审的论文中发布了这些发现。
一个 850 年历史的烟花
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2013 年，业余天文学家达纳·帕奇克在美国宇航局广域红外巡天探测器的存档图像中发现了该天体。在接下来的十年中，几个团队研究了被称为 Pa 30 的遗迹，但结果变得越来越令人费解。
俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学的天文学家瓦西里·格瓦拉马泽和他的同事在 2019 年在 Pa 30 的中心发现了极其不寻常的恒星。那颗恒星的表面温度约为 200,000 开尔文，恒星风以每秒 16,000 公里的速度向外传播——大约是光速的 5%。 “恒星根本不可能有每秒 16,000 公里的风，”费森说。他说，每秒 4,000 公里的速度并非闻所未闻——但 16,000 公里简直是太惊人了。
2021 年，香港大学的天文学家安德烈亚斯·里特及其同事提出，该遗迹是大约 850 年前，即 1181 年照亮天空的超新星的遗迹，Pa 30 再次成为人们关注的焦点。中国和日本的天文学家观测该天体大约六个月后，它才逐渐消失。
在检查 Pa 30 期间，里特和他的同事注意到该遗迹的发射光谱包含与元素硫相关的特定谱线。费森的研究小组对此很感兴趣，后来使用对该谱线敏感的光学滤镜，利用位于亚利桑那州基特峰的密歇根-达特茅斯-麻省理工学院天文台的 2.4 米希尔特纳望远镜对该遗迹进行了成像。
蟹状星云是超新星遗迹的更标准示例，其中垂死的恒星喷射出混乱的气体和尘埃网络。图片来源：NASA、ESA、J. Hester 和 A. Loll（亚利桑那州立大学）
他们收集的数据不仅有助于证实 Pa 30 确实是 1181 年观测到的超新星的遗迹，而且还产生了与众不同的遗迹图像。它包含数百条向外辐射的细丝。通常，研究人员预计超新星遗迹看起来像蟹状星云——它看起来不太像螃蟹，而更像海葵，在椭圆形触手状细丝团块的中心有一个光滑区域。它们通常也看起来像第谷超新星，它看起来像一团乱糟糟的结。
但相比之下，Pa 30 构成了一个“非常惊人的图像”，新泽西州皮斯卡塔韦罗格斯大学的天文学家 Saurabh Jha 说。“我以前从未见过这样的景象。这真是令人震惊。”
死里逃生
是什么原因造成了这样的遗迹？ 2021 年，里特和他的同事推测，这是一种罕见的超新星爆炸，归类为 Iax 型。
正常的 Ia 型超新星发生在白矮星从伴星虹吸物质时，最终变得如此巨大，以至于它无法再支撑额外的重量，并将自身炸成碎片——将其内脏分散到整个星系。但在 Iax 型超新星中，恒星以某种方式幸存下来。“我们经常称这些为僵尸恒星，”Jha 说。
尽管理论家们已经开发了许多可能的机制来解释 Iax 型超新星，但里特和他的同事认为，两颗白矮星猛烈撞击在一起产生了 Pa 30 的烟花。这从遗迹中硫的含量中可以清楚地看出，硫是白矮星爆炸的副产品，并且缺乏你在质量更大的恒星中会看到的较轻元素。
加利福尼亚州帕萨迪纳卡内基天文台的天文学家安东尼·皮罗认为，这些发现至少明确了一种 Iax 型可以形成的途径。但这与先前流行的 сценарий 不同，在 сценарий 中，白矮星从伴星虹吸物质。这个想法是在 2014 年提出的，当时天文学家通过查看事件发生前的存档图像，成功识别了参与 Iax 爆炸的恒星。
因此，Pa 30 的发现“肯定在我的脑海中拓宽了可能导致 Iax 型超新星的原因，”Jha 说。
这些罕见的爆炸往往发生在遥远的星系中，因此很难研究。但 Pa 30（如果它真的是 Iax 型）只有 2.3 千秒差距远——这意味着未来的观测将为这种不寻常的超新星类型提供更多线索。
费森已经申请了哈勃太空望远镜和较新的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的观测时间。“我认为，拍摄的光学图像只是暗示了它的真实面貌，”费森说。“但是 JWST 图像将会非常惊人。”
本文经许可转载，最初于 首次发表于 2022 年 1 月 26 日。