蟹狀星雲(yun) 。圖片來源：NASA

美國加州大學聖塔芭芭拉分校拉斯坎布雷斯天文台科學家領導的一個(ge) 全球團隊，發現了第一個(ge) 令人信服的證據，證明了一種新型的恒星爆炸——電子捕獲超新星。

盡管這一理論已被提出40年，但現實世界中卻一直難以找到相應的案例。它們(men) 被認為(wei) 是由大質量超漸近巨分支（SAGB）恒星的爆炸產(chan) 生的，對此也缺乏證據。這一發表在《自然—天文學》雜誌的發現，也為(wei) 公元1054年超新星爆發的千年之謎提供了新解釋。

曆史上，超新星主要分為(wei) 兩(liang) 類：熱核坍縮和鐵核坍縮。

熱核超新星是一顆白矮星在雙星係統中獲得物質後發生的爆炸。這些白矮星是低質量恒星（質量約為(wei) 太陽質量的8倍）生命結束後遺留下來的稠密的火山灰核。當一顆大質量的恒星（約是太陽質量的10倍）耗盡核燃料，其鐵核坍縮，產(chan) 生黑洞或中子星時，就會(hui) 出現鐵核坍縮超新星。

介於(yu) 這兩(liang) 種主要超新星之間的是電子捕獲型超新星。當這些恒星的核心由氧、氖和鎂構成時，它們(men) 就會(hui) 停止聚變；其質量不足以產(chan) 生鐵核坍縮。

雖然引力總是試圖壓碎一顆恒星，但阻止大多數恒星坍縮的原因，要麽(me) 是正在進行的核聚變，要麽(me) 是核聚變已經停止的核心，即原子無法壓縮得更緊。在一個(ge) 電子捕獲超新星中，氧-氖-鎂核中的一些電子被撞到它們(men) 的原子核中，這個(ge) 過程叫做電子捕獲。這種電子的移除導致恒星的核心在自身重量的作用下彎曲和坍塌，形成了一種電子捕獲超新星。

如果這顆恒星稍微重一些，其核心元素就會(hui) 融合產(chan) 生更重的元素，從(cong) 而延長它的壽命。因此，這是一種與(yu) “金發姑娘效應”（意指剛剛好）情況相反的情況：恒星不夠輕，無法逃脫其核心的坍縮；也不夠重，無法通過不同的方式延長其生命並在之後死亡。

這是1980年由東(dong) 京大學的Kenichi Nomoto等提出的理論。在過去的幾十年裏，理論學者已經製定了關(guan) 於(yu) 在電子捕獲超新星和它們(men) 的SAGB恒星前身中尋找什麽(me) 的預測。恒星應該有很多質量，在爆炸前失去了很多，而瀕死恒星附近的質量應該是一種不尋常的化學成分。那麽(me) 電子捕獲超新星應該很弱，有很少的放射性沉降物，並且在核心有富含中子的元素。

這項新研究是由加州大學聖巴巴拉分校和拉斯坎布雷斯天文台的博士Daichi Hiramatsu帶隊。他是全球超新星項目（GSP）的核心成員，這是一個(ge) 由全球科學家組成的團隊，他們(men) 在全球範圍內(nei) 使用數十個(ge) 望遠鏡。研究小組發現，超新星SN 2018zd有許多不尋常的特征，其中一些特征是首次發現的。

這顆超新星相對較近，在ngc2146星係中，距離地球隻有3100萬(wan) 光年，這對它的生存有利。這使得研究小組能夠檢查哈勃太空望遠鏡在其爆炸前拍攝的檔案圖像，探測其潛在的前身星。這些觀測結果與(yu) 最近在銀河係中發現的另一顆SAGB恒星一致，但與(yu) 紅超巨星的模型不一致，紅超巨星是普通鐵核坍縮超新星的前身。

作者瀏覽了所有發表的關(guan) 於(yu) 超新星的數據，發現雖然有些擁有一些預測電子捕獲超新星的指標，但隻有SN 2018zd擁有所有這六種指標：一個(ge) 明顯的SAGB前身星、強大的超新星前質量損失、不尋常的恒星化學成分、微弱的爆炸、很少的放射性和一個(ge) 富中子的核心。

“我們(men) 一開始問‘這個(ge) 怪家夥(huo) 是什麽(me) ？’”Hiramatsu說，“然後我們(men) 研究了SN 2018zd的各個(ge) 方麵，意識到這些可以在電子捕獲場景中得到解釋。”

這些新發現也揭示了過去最著名的超新星的一些奧秘。公元1054年，銀河係發生了一顆超新星，根據中國和日本的記錄，它非常明亮，白天23天內(nei) 都可以看到，晚上近兩(liang) 年內(nei) 可以觀測到。由此形成的蟹狀星雲(yun) 已得到詳細研究。

蟹狀星雲(yun) 以前是一顆能捕獲電子的超新星的最佳候選天體(ti) ，但它的狀態並不確定，部分原因是這次爆炸發生在近一千年前。新結果增加了曆史上的SN 1054是一顆電子捕獲超新星的信心。這也解釋了為(wei) 什麽(me) 這顆超新星比模型中要亮：其亮度可能是因為(wei) 超新星噴出物與(yu) SN 2018zd中所看到的原始恒星釋放的物質發生碰撞而增強的。

東(dong) 京大學的Ken Nomoto對其理論被證實感到興(xing) 奮。“我很高興(xing) 這個(ge) 電子捕獲超新星終於(yu) 被發現了，它與(yu) 40年前的蟹狀星雲(yun) 有關(guan) 。”他說，“我非常感謝為(wei) 獲得這些觀測所付出的巨大努力。這是觀察和理論結合的一個(ge) 極好的例子。”

“對我們(men) 所有人來說，這是一個(ge) ‘頓悟的時刻’，我們(men) 結束40年的理論爭(zheng) 議做出了貢獻。”Hiramatsu補充說。

相關(guan) 文章鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41550-021-01384-2


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