当像太阳这样的恒星死亡时,它们往往会发出一声呜咽,而不是一声巨响——除非它们碰巧是可能引发超新星爆炸的双星系统的一部分。
现在,天文学家首次在 4 亿光年之外的星系中发现了此类事件的射电信号。结果发现,今天发表于自然,拥有关于伴星一定是什么样子的诱人线索。
爆炸性恒星死亡
当比太阳重八倍的恒星开始耗尽其核心的核燃料时,它们的外层就会膨胀。这个过程产生了彩色气体云,被错误地称为行星状星云,并留下一个致密、致密的热核,称为白矮星。
我们的太阳将在大约 50 亿年的时间内经历这一转变,然后慢慢冷却并消失。然而,如果白矮星的重量以某种方式增加,当它的重量超过太阳质量的 1.4 倍时,自毁机制就会启动。
随后的热核爆炸以一种独特的爆炸方式摧毁了恒星,这种爆炸被称为“爆炸”。Ia型超新星。
但额外的质量从何而来来引发如此巨大的爆炸呢?
我们曾经认为这可能是气体从近距离轨道上的较大伴星上剥离出来的。但恒星往往吃得乱七八糟,将气体洒得到处都是。
超新星爆炸会震动任何溢出的气体并使其在无线电波长下发光。然而,尽管经过数十年的搜寻,射电望远镜仍未发现一颗年轻的 Ia 型超新星。
相反,我们开始认为 Ia 型超新星一定是成对的白矮星,它们向内盘旋并以相对干净的方式合并在一起,不留下任何气体来激波,也没有无线电信号。
一种罕见的超新星
超新星 2020eyj 被发现于夏威夷的望远镜2020 年 3 月 23 日。在最初七周左右的时间里,它的表现与任何其他 Ia 型超新星大致相同。
但在接下来的五个月里,它的亮度不再减弱。大约在同一时间,它开始显现出特征表明气体中氦含量异常丰富。
我们开始怀疑超新星 2020eyj 属于 Ia 型超新星的一个罕见子类,其中爆炸波以每秒超过 10,000 公里的速度扫过气体,而这些气体只能从幸存伴星的外层剥离。
为了证实我们的预感,我们决定测试是否有足够的气体受到冲击以产生无线电信号。由于超新星距离太北,无法用像澳大利亚紧凑阵列望远镜在纳拉布里附近,我们改为使用遍布英国的一系列射电望远镜观测爆炸后约20个月的超新星。
令我们大吃一惊的是,我们首次在无线电波长上清晰地探测到了一颗“婴儿”Ia 型超新星,大约五个月后的第二次观测证实了这一点。难道这就是并非所有Ia型超新星都是由两颗白矮星合并而成的“铁证”?
耐心有回报
Ia 型超新星最显着的特性之一是它们似乎都达到了几乎相同的峰值亮度。这与它们在爆炸前都达到相似的临界质量是一致的。
正是这个属性让天文学家布莱恩·施密特和同事们达到了他们的目标诺贝尔奖获奖结论20世纪90年代末:宇宙自20世纪90年代以来的膨胀并没有在重力作用下减速(正如每个人所预期的那样),而是由于我们现在所说的影响而加速暗能量。
因此,Ia 型超新星是重要的宇宙天体,事实上我们仍然不知道这些恒星爆炸是如何以及何时发生的,或者是什么使它们如此一致,这一直是天文学家的担忧。
特别是,如果合并的白矮星对的总质量可以达到太阳质量的近三倍,为什么它们都释放出大约相同数量的能量呢?
我们的假设(和无线电证实)是,当足够多的氦气从伴星上剥离到白矮星表面并将其推过质量极限时,超新星 2020eyj 就会发生,这为这种一致性提供了自然的解释。
现在的问题是为什么我们之前没有在任何其他 Ia 型超新星中看到过这种无线电信号。也许我们在爆炸后太早尝试检测它们,并且太容易放弃了。或者,也许并不是所有的伴星都富含氦气并且能够大量脱落气态外层。
但正如我们的研究表明,耐心和坚持有时会以我们意想不到的方式得到回报,让我们听到遥远恒星垂死的低语。