超大質量恆星的徹底湮滅！_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陸寅楓

校對：田程偲

編排：陶邦惠

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://phys.org/news/2019-08-total-annihilation-supermassive-stars.html

不穩定對超新星SN 2016iet的藝術想象圖

Credit: Joy Pollard/Gemini Observatory/NSF/NASA

在一個遙遠的星系中，發生了一場前所未見的超新星爆發。這場超新星爆發使得天文學家不得不將幾十年的研究置於一邊，而把注意力轉移到一種新的超新星上。這種超新星爆發時可以將其母星完全毀滅，不留一點殘骸。這場天文學家之前從未目睹過的超新星爆發事件可能展現了宇宙中第一代恆星以及那些質量最大的恆星是如何死亡的。

這顆被命名為SN

2016iet的超新星最初是由歐洲空間局（ESA）的蓋亞（Gaia）太空望遠鏡於2016年11月14日發現的。隨後的三年中，天文學家對它進行了密切的跟蹤觀測，其間使用了多台望遠鏡，包括位於夏威夷莫納克亞火山的北雙子望遠鏡和它搭載的多目標光譜儀。這些跟蹤觀測為分析這顆超新星的距離和成分等提供了重要的信息。

位於夏威夷莫納克亞火山的北雙子望遠鏡

Credit: Gemini Observatory

“在我們使用的那麼多台望遠鏡中，北雙子提供的有關這顆超新星的觀測數據是最有深度的。”哈佛-史密松天體物理中心的伊多·伯格（Edo Berger）説道。“它讓我們能夠在發現SN 2016iet的八百多天後還能繼續研究它，儘管這時它的亮度已經只有剛爆發時的百分之一了。”

美國國家科學基金會（NSF）的項目主任，克里斯·戴維斯（Chris

Davis）補充道：“雙子座望遠鏡這次非凡的觀測成果展示了研究千變萬化的宇宙的重要性。為了全面瞭解我們的宇宙，在天空中尋找突然的爆發事件並迅速觀測它們，然後再進行幾天、幾周、幾個月甚至幾年的跟蹤觀測是至關重要的。兩三年後即將投入使用的大型綜合巡天望遠鏡（Large Synoptic Survey Telescope, LSST）將會發現數以千計個這樣的天文事件，而雙子座望遠鏡是進行跟蹤觀測的不二選擇。”

在這次觀測中，望遠鏡在超新星的位置只發現了非常微弱的氫元素排放，這表明了SN

2016iet的前身星一直處在一個恆星形成不那麼活躍的孤立區域。對一顆質量如此之大的恆星來説，這不是一個常見的環境。“儘管幾十年中我們已經觀測了數千顆超新星，這次的發現與先前任何一次都不同。有些時候，我們或許會發現一顆超新星只有某個方面與眾不同，但是其他方面都很正常。然而SN 2016iet卻在各個方面都很獨特。”伯格繼續説道。

SN 2016iet的獨特之處包括它持續極長的爆發時間、相當大的能量釋放、不尋常的化學痕跡以及缺乏重元素的形成環境。此前在天文研究中從未出現過類似的案例。

SN 2016iet和它最有可能的宿主星系的照片，它們之間相距54000光年。這張照片由位於智利拉斯坎帕納斯天文台的麥哲倫望遠鏡（克萊）於2018年7月9日拍攝。 Credit: GEMINI Observatory

SN

2016iet不同尋常的特徵表明了它最初是一顆約為200倍太陽質量的恆星，它在所有被觀測過的單顆恆星爆發中屬於質量最大，能量最高的恆星爆發之一。越來越多的證據表明宇宙中的第一代恆星可能與其質量相當。天文學家預測如果這些“遠古巨獸”在它們短暫的一生（僅幾百萬年）中都能保有如此大的質量的話，那他們死亡時就會變成不穩定對超新星（得名於爆發時產生的物質與反物質對）。

絕大多數大質量恆星會以爆炸結束它們的生命，這些爆炸會將富含重金屬元素的物質拋向宇宙，而恆星的核則會坍縮成一顆中子星或是黑洞。但是不穩定對超新星完全是另外一個故事。坍縮的核會釋放大量的伽馬射線輻射，進而滾雪球般地產生粒子與反粒子對，最終引發一場災難性的熱核爆炸湮滅整顆恆星，包括核。

不穩定對超新星的理論模型預測這類超新星會出現在缺乏金屬元素（天文學上，重於氫和氦的元素都稱為金屬元素）的環境中，例如矮星系或是早期宇宙。這次的發現與模型所預測的結果完全一致：SN

2016iet所在的星系正是一個距我們十億光年遠的貧金屬矮星系。“這是第一顆質量和金屬含量都在理論模型預測範圍內的超新星。”研究院塞巴斯蒂安·戈麥斯（Sebastian Gomez）説道。

SN 2016iet的另一個獨特之處是它荒涼的位置。絕大多數大質量恆星都是在密度很高的星團中誕生的，但是SN 2016iet卻誕生在離它的矮宿主星系中心54000光年之遙的一個孤立區域。

“質量這麼大的一顆恆星是如何在這樣一個完全孤立的地區形成的至今還是一個謎。”戈麥斯説。“在太陽系附近的宇宙中，我們只知道幾顆質量接近SN 2016iet的恆星，但是它們全都位於密集的星團裏，鄰居不可勝數。”關於SN 2016iet的爆發持續時間之長和亮度變化之慢，研究團隊提出了一個合理的解釋。他們認為在前身星爆炸之前的數十年裏，它曾以每年約三倍太陽質量的速度向其周圍拋射出一些物質。當它最終爆炸時，爆發的碎片與這些物質相碰撞，從而為SN 2016iet的持續光散射提供了動力。

“絕大多數的超新星會在它們爆發的幾個月後徹底變得暗淡，被一旁宿主星系的光芒掩蓋而變得不可見。但是因為SN

2016iet實在是太亮了，而且離宿主星系相當遙遠，所以我們可以有好幾年的時間來研究它。”戈麥斯説。“不穩定對超新星的概念已經存在了幾十年了，但是我們第一次真正觀測到這樣一顆質量和行為都在預計範圍內的超新星，而且還存在於貧金屬矮星系中，這對我們來説是邁進了一大步。”伯格補充道。

不久以前，天文學家甚至不知道這樣的超大質量恆星是否真的存在。但SN

2016iet的發現與跟蹤觀測清楚地證實了它們的存在以及它們對早期宇宙演變的可能影響。“雙子座望遠鏡在這次發現中的重要性是不言而喻的。”戈麥斯説，“它幫助我們更好地理解了早期宇宙在黑暗時期（沒有恆星形成）之後是如何發展成為如今這般絢爛多彩的宇宙的。”

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幾乎肉眼可見的獵户座

影像來源: John Gleason & Rogelio Bernal Andreo