史上最亮超新星从何而来?其背后的秘密即将揭开

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

摘要:研究人员通过比较中性铁与SN 2006gy中不明的发射线光谱,得出SN 2006gy这颗极为明亮的超新星的起源:双星系统中的白矮星与富氢的与太阳系一般大的恒星之间的强作用。较大的恒星处于演化末期,吸引白矮星向其中心旋转。最终,白矮星爆炸为la型超新星。当超新星爆炸时,物质猛撞到被驱逐出的外壳中。剧烈的碰撞产生了SN 2006gy的极端光输出和奇怪的发射线。

超高光度超新星是这个宇宙中最为明亮的爆发。在短短几个月的时间里,一个超高光度新星就可以释放出相当于太阳一生中的全部能量,而在它的顶峰时期,甚至可以如整个银河般闪耀。

其中研究最透彻的超高光度超新星(SLSN)被称为SN2006gy,虽然它的起源还未确定,但如今瑞士和日本的研究者称他们很可能已经找到了其形成的原因,那就是在白矮星和众多伴星之间形成的灾难性的相互作用。

SN2006gy位于离我们2亿380万光年以外螺旋星系NGC1260里的英仙座内,正如它名字所展示的那样,它被发现于2006年,并且由天文学家们使用钱德勒X射线天文台、凯文天文台以及其他一些天文台进行研究工作。

英仙座 图源:baike.sogou

当SN2006gy被发现时,来自加利福尼亚大学伯克利分校的内森·史密斯正带领着一支同样来自伯克利分校和德克萨斯大学奥斯汀分校的队伍。

“这真的是一次巨大的爆发,是普通超新星能量的一百倍。” 史密斯说到,“也就是说,爆炸的这颗星星可能已经是它所能达到的最大质量了,这大约是我们太阳质量的150倍,我们可从未见过这个。”

天文学家认为这类星星可能存在于早期宇宙,所以见证这个爆发给了天文学家一个可以一窥早期宇宙的罕见机会。

SN2006gy的内禀亮度随着时间而变化(美国国家航空航天局/CXC/加利福尼亚大学伯克利分校/内森·史密斯等人)

不仅是SN2006gy释放出的能量吸引我们的目光,超高光度超新星发出的一些奇怪射线同样使天文学家感到迷惑。现在一队研究员认为他们已经发现了SN2006gy背后到底隐藏着什么。他们一篇名为“瞬时超光速SN2006gy中心的Ia型超新星”的文章发布在了《科学》杂志上。

队伍成员分别来自瑞典斯德哥尔摩大学、京都大学、东京大学和广岛大学。

这个团队在发现超新星后仅仅大约一年的时间里,又发现了由星体发射出的铁元素射线。他们开发了几个模型用来解释这个现象,并且已经确定了其中的一个。

“没有人曾尝试过拿保留了所有电子的中性铁(也就是铁)的光谱和还没确定的SN2006gy发射谱线作比较,因为铁通常是处于电离状态下的(可以电离一个或更多电子)。我们进行了尝试,兴奋地看见谱线是如何一行行地在可被观察的光谱里增长的。”来自斯德哥尔摩大学天文系的安德斯·杰士德说,“一切都变得有趣起来,当我们发现组成这个谱线至少需要相当于太阳三分之一的质量的铁时,便直接排除了一些旧的观点,并取而代之揭露一个崭新的观点。”

这个新观点描述了一个即将变成超新星的星体,它与之前已存在的稠密外围物质有着密切的相互作用。

哈勃广角望远镜所拍摄的SN2006gy和其所在的NGC1260银河的照片(福克斯等人,皇家天文学会月刊,2015)

根据这个团队的结果显示,SN2006gy开始于一个双星系统,其中一个是和地球差不多大的白矮星,另一个则是富含氢气,和我们整个太阳系大小差不多的巨大星体。这两个星体处于一个紧密的轨道里。

较大的星体正处于演变末期,并且因为新燃料的注入而不断扩张。当它的包层不断扩大时,白矮星将盘旋着坠入大星体的中心。

当白矮星渐进式旋近时,更大质量的星体将去除一些包层。这些都发生在形成超新星之前的一个世纪以内。最终,白矮星到达中心并且变得十分不稳定,之后便爆炸形成Ia型超新星。

当超新星爆炸时,一些物质猛地撞入被去除的包层之中,这样一个泰坦尼克号规模般的碰撞形成了SN2006gy的极端光输出和奇异的发射谱线。

Ia型超新星 图源:btime

“Ia型超新星似乎出现于SN2006gy之后,这完全颠覆了大多数研究者们的认知。” 安德斯·杰士德说到,“一个白矮星可以与大质量富氢恒星处于一个紧密的轨道里,并伴随着爆发而快速地坠入恒星中心。这些都为研究双星演化理论和白矮星爆炸的必要条件提供了重要的新信息。”

SN2006gy固然是极其明亮的,但其他星体的亮度也差不多与之接近。

另一个超新星,SN2005ap曾比SN2006gy更加耀眼,但这仅仅存在于它的巅峰时期,这样的最高亮度只维持了几天的时间。而SN2015L(同样被称作ASASSN-15lh)到目前为止仍然更为明亮。尽管它好像要演化为超高光度超新星,但它的性质仍有待商榷。

超新星爆发SN2015L的想象图,示意从超新星宿主星系中一颗距离SN2015L约1万光年的行星上,观看SN2015L爆发的情景。(北京大学科维理天文与天体物理研究所/北京天文馆马劲)

在巅峰亮度时期,SN2015L是太阳亮度的5700亿倍,同样也是整个银河系所发出全部射线亮度的20倍。

作者: EVAN GOUGH

FY: 蔡小兔

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论) “”
   
验证码:

相关文章

推荐文章