夜空中最亮的“牛”_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陸寅楓 

校譯：陳豔玲 田程偲 汪榮鑫 

編排：胡暖暖

原文鏈接：

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/cow-celestial-event-puzzles-astronomers/

摘要

對於這個被命名為“牛”(the Cow)的明亮光源背後的本質天文學家至今還無定論。這究竟是由一箇中等質量黑洞撕裂一個白矮星所致呢，還是一種我們從未見過的超新星爆發？

最近，世界各地的許多天文學家團隊都在使用各種各樣的望遠鏡以極高的精度觀測着一個天文爆發事件。而這個事件的中心卻被一個謎團籠罩着，天文學家無法斷定這突然出現的明亮光源究竟是來自於一個被黑洞撕裂的白矮星，還是一種我們前所未見的超新星爆發。天文學家仍在研究着正逐漸暗淡的遺蹟，希望能揭開謎團的真相。

天文學家使用地基望遠鏡對“牛”進行的跟蹤拍攝。最左側的圖片是2003年使用斯隆數字化巡天拍攝的星系CGCG

137-068，圖中“牛”還未出現。中間的圖片使用利物浦望遠鏡拍攝，拍攝時間前後正好是“牛“亮度的峯值，可以看到它要遠亮於它所在的星系。最右圖則由威廉·赫歇爾望遠鏡在它到達亮度峯值一個月後拍攝，可見亮度已經減弱很多。Credit: Daniel Perley(Liverpool John Moores University, UK)

這個突如其來的奇特事件最初由全自動化的小行星撞擊最新預警系統(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS)發現，當時這個天體自動生成的編號為AT2018cow。天文學家根據這個編號為它起了“牛”(the Cow)這個暱稱。在1月10日的美國天文學協會會議上，天文學家就“牛”的產生機制給出了非常不同的觀點。

先來總結一下大家都認同的事實：這個天文爆發事件發生於2018年6月16日，地點是在2億光年之外的星系CGCG

137-068的一條旋臂上，這個星系位於武仙座天區。（一個有趣的巧合是武仙座的原型，希臘神話中的英雄赫拉克勒斯，他的十二偉業中有一項便是制伏克里特公牛。）

這張圖片在2018年8月17日由凱克望遠鏡上的多目標深度成像光譜儀（Deep Imaging and Multi-Object Spectrograph, DEIMOS）拍攝。Credit: R. Margutti/W. M. Keck Observatory

短短兩天內，這場爆發便達到了它的亮度峯值——其亮度等同於一千億顆太陽，是一個典型超新星爆發亮度的十倍。早期的光譜數據顯示這場爆發以極高的速度拋出物質，速度幾乎達到光速的10%。

但是真正讓天文學家疑惑不解的是爆發之後測得的數據。一場普通的超新星爆發會噴發出大量的重元素和放射性元素，但是在“牛”中他們只發現了氫和氦的化學信號。不僅如此，跟蹤觀測顯示爆發源在數週後仍保持着高温，而普通超新星爆發則會以較快的速度冷卻。此外，還存在着其他不同尋常之處，如亮度會上下波動，X光波段也是如此。總而言之，這些觀測結果意味着存在某種“引擎”，讓這場爆發能持續數週之久。但是這個“引擎”的機制仍不得而知，弄清這個機制便是解開這個謎團的核心。

一顆不幸的白矮星？

如果AT2018cow是一個潮汐破壞事件，那必須是一個氦白矮星與一箇中等質量的黑洞造成。這與迄今觀測到的潮汐破壞事件都不同。Credit: Sophia Dagnello/ NARO/ AUI/ NSF

NASA戈達德太空飛行中心的Amy

Lien提到一個可能的解釋是一顆恆星太過靠近一個黑洞而被其撕裂。她的團隊使用NASA的尼爾·格雷爾斯雨燕天文台對“牛”進行X光，紫外光，和可見光波段的觀測。由於“牛”的出現太過突然，所以這個被撕裂的天體必須非常小，一顆地球大小的白矮星正合適。更明確地，這顆白矮星必須是一顆所謂的“氦白矮星”，這類白矮星主要由氫和氦組成，缺乏重元素。與此同時，這個黑洞也不能太大，必須在十萬至一百萬倍太陽質量之間，也就是一箇中等質量黑洞。

但是這個理論有一個難點：這場爆炸發生在星系CGCG

137-068的一條旋臂中。在星系旋臂中發現超新星很常見，但是發現一箇中等質量黑洞卻是罕見至極的。對此Lien回應道“牛”真正的位置可能是在一個衞星星系或是球狀星團中，中等質量黑洞在這些地方更為常見，而CGCG 137-068只是正好位於地球與“牛”的視線方向上，並不意味着“牛“位於這個星系。

一種前所未見的超新星爆發？

如果AT2018cow是一個超新星，那它也是一種非常奇怪的，我們前所未見的超新星。Credit: NASA, ESA, G. Bacon (STScl)

另一種可能的解釋便是“牛”是一種奇特的超新星。理所當然，目前的觀測並不符合一場普通的恆星爆炸事件，但部分天文學家認為這裏的情況可能有些特殊。在這場爆發中，天文學家認為他們可能在殘骸中目睹了一個黑洞或是中子星的誕生。如果這是事實，那這次發現將可以填補天文學界的一個巨大的知識空缺，西北大學的Raffaella Margutti如此認為。

支持這一理論的一條證據便是在X光光譜數據中發現了鐵元素的跡象和一種被稱為“康普頓駝峯”的現象，也就是X光從冷而高密度的物體表面反射所造成的光譜數據中的波動。這些信號可能來自於一個正在吸收周圍物質的新生黑洞。

更長波段上的觀測也為這一理論提供了更多證據。加州理工學院的Anna

Ho使用了位於夏威夷毛納基火山的亞毫米陣列對“牛”進行了毫米波段上的觀測。在一個典型的超新星爆發中，噴發消失得非常快，經常還未觀測就結束了。但是“牛”似乎正在變得愈發明亮，它保持了數週的明亮狀態之後才最終開始淡去。

Ho認為這場噴發的本質可能是一個由黑洞或是中子星驅動的衝擊波在稠密的氣體塵埃雲中前進而造成的。一旦衝擊波離開了氣體塵埃雲，在亞毫米波段的信號就會開始衰減。X光和亞毫米兩個波段上的觀測數據支撐了這一理論。氣體塵埃雲理論也是對前一種潮汐破壞理論的駁斥，因為中等質量黑洞本不應該存在於那種環境中。

就讓我們期待仍在進行的觀測能最終揭開這場謎團重重的爆發背後的真相吧！

『天文時刻』 牧夫出品

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NASA的凌星系外行星巡天望遠鏡（TESS）在其前三個月的觀測任務中，發現了三顆已經確認的系外行星。Credit:NASA/MIT/TESS