什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

当渺小的人类试图用语言描述宇宙中巨大而充满活力的事件时,很容易用完最高级和形容词。就像此前科学家描述超新星一样,什么是超新星呢?其实超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸事件。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可能持续几周至几个月才会逐渐衰减。因此这种事件也是科学家关注的焦点,然而近日科学家发现了比超新星还要强上十倍的存在:超级超新星!

什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

对于超级超新星,科学家已经找不到词来形容,因为不管我们给它取什么名字,它都是一个怪物,简称它为monsternova。2016年,一组天文学家在Pan-STARRS(全景调查望远镜和快速反应系统)的数据中发现了一颗超新星。这颗超新星被命名为SN2016aps,这颗超新星产生的能量是“正常”超新星的十倍。事实上,这颗超新星是迄今为止发现的最富能量的超新星。

发现这颗新星的天文学家团队在《自然天文学》杂志上发表了他们的发现。这篇论文的标题是“在高密度介质中由一颗非常大的恒星产生的能量极高的超新星”。这项研究的主要作者是伯明翰大学的马特·尼科尔。那么SN2016aps有什么特殊之处呢?

什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

其实SN2016aps是一种特殊类型的超新星,被称为“脉动对不稳定”超新星。超新星有几种不同的类型,它们的区别在于不同化学元素的存在,以及它们的光曲线,还有他们留下的物质。这种“脉冲对不稳定”的新星有点不同,它可能是由爆炸前两颗大质量恒星合并形成的。这就是为什么SN2016aps的爆炸能量是典型超新星的10倍。

哈佛大学教授埃多·伯杰(Edo Berger)说:“SN2016aps在几个方面都是惊人的。它不仅比我们所见过的任何其他超新星都要亮,而且它还有一些特性和特征,这使得它与宇宙中其他恒星爆炸相比非常罕见。”

什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

当它第一次被发现时,它的星等非常高。与之前未被探测到的主星系相比,它也有非常大的亮度对比。出于这些原因,天文学家团队选择它与MMT天文台进行后续光谱学研究。他们还用哈勃太空望远镜拍摄了这张照片。

尽管最初研究小组并不确定这是一颗超新星,但后续的成像显示它确实是,而且它的前身一定是一颗大质量恒星。伯杰说:“这颗超新星释放出的巨大能量表明它是一颗质量惊人的恒星的前身。”“这颗恒星诞生时的质量至少是太阳的100倍。”

研究中的一个三格图。a是MMTCam i-波段图像,来自最大亮度后362天。b是哈勃望远镜拍摄的宿主星系和最大亮度后1017天的新星。c是哈勃当天拍摄的宿主星系图像。蓝色的圆圈在每个面板中标记SN2016aps。因为这个星系很暗,而且SN从主星系的中心偏移,这意味着这个物体不可能是一个超大质量的黑洞。因此,由于该天体位于银河系中最亮的恒星形成区域,它必定是一个以大质量恒星为其前身的超新星。

什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

SN2016aps的一个不同寻常之处在于它的光谱。尽管这些光谱与超级发光超新星(SLSN)的光谱非常接近,其峰值幅度与我们所知道的最亮的事件相似,但有一个关键的区别。monsternova有着与某些SLSN类似的极高的亮度峰值,这是前所未有的组合,但它的衰落速度也很慢。它的缓慢褪色率更接近于长期存在的事件。而那些长期存在的事件被认为有一个更大的环绕恒星的介质(CSM),或环绕它们的气体外壳。

该研究的主要作者马特·尼克尔(Matt Nicholl)说:“在后续研究中进行的光谱观察揭示了这颗恒星的躁动历史。我们确定,在它爆炸前的最后几年里,这颗恒星在剧烈跳动时释放出了巨大的气体外壳。爆炸碎片与这个巨大外壳的碰撞产生了超新星的惊人亮度。”

什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

对于我们这些不是天体物理学家的人来说,这幅图的信息量非常大。但左边的面板显示了缓慢的衰落速度,这是超级超新星不寻常的特征之一。震级的减弱需要很长时间,其中最下面的轴就是是MJD中的时间,也就是修正的儒略日,这是一种在天体物理学中使用的测量方法。在右边是一个示意图,说明了模型和推断参数的monsternova。

什么是超级超新星?科学家称它为“怪物”

像SN2016aps的前身这样的大质量恒星通常在它们开始搏动之前一段时间就会因为自身的恒星风而失去氢。但是所有的氢气使研究小组推论出有两颗起源恒星。SN2016aps抓住了它的氢,这促使我们提出理论,认为两个质量较小的恒星合并在了一起,因为质量较小的恒星抓住氢的时间更长。合并产生的新恒星含有大量的氢,其质量也足够高,从而引发对不稳定性。”

这一发现将导致对巨型超新星或极亮超新星的更多研究和理解。特别是当发现瞬态的专家Vera C. Rubin天文台上线的时候,希望是今年晚些时候。超级大质量恒星被认为在宇宙中更常见,Vera Rubin应该能够发现它们。SN2016aps的发现为第一代恒星的类似事件的识别开辟了道路。在即将到来的LSST(维拉·鲁宾天文台的前身)中,我们可以找到宇宙历史上首个10亿年的爆炸,到时候会有很多这样的例子。



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