超新星，是宇宙中最絢麗(li) 的“煙火”。

在一項最新的研究中，天文學家發現了首個(ge) 令人信服的證據表明，宇宙中存在著一種新型的恒星爆炸——電子俘獲超新星。早在大約40年前，東(dong) 京大學的Ken’ichi Nomoto等人就提出過關(guan) 於(yu) 電子俘獲超新星的理論，但一直以來，天文學家都沒有找到它們(men) 真實存在於(yu) 宇宙中的的例子。

超新星主要分為(wei) 兩(liang) 種類型：熱核和鐵核坍縮。熱核超新星是一顆白矮星在雙星係統中獲得了物質後發生的爆炸，這些白矮星是低質量恒星（約小於(yu) 8倍太陽質量）在生命結束後遺留下來的致密殘骸；鐵核坍縮超新星是當大質量恒星（約大於(yu) 10倍太陽質量）耗盡核燃料時，其鐵核坍縮，形成黑洞或中子星時產(chan) 生的。

電子俘獲超新星介於(yu) 這兩(liang) 種主要超新星之間。根據理論，它是由大質量的超漸近巨星支（SAGB）恒星爆炸產(chan) 生。這些恒星的質量在8~10倍太陽質量之間，這樣的質量不足以產(chan) 生鐵，當它們(men) 的核心由氧、氖和鎂構成時，就會(hui) 停止聚變。一旦耗盡燃料，引力就會(hui) 擠壓氧-氖-鎂核心中的原子，迫使電子在一個(ge) 被稱為(wei) 電子俘獲的過程中進入原子核，導致恒星的核心在自身重量的作用下發生彎曲和坍縮，從(cong) 而形成電子俘獲超新星。但對於(yu) 這些預測，科學家一直缺乏證據證明。

質量約為(wei) 太陽質量8-10倍的恒星的最終狀態。當核心變得足夠致密時，氖和鎂開始吞噬電子，降低核心壓力，引發坍縮。| 圖片來源：S. WILKINSON; LAS CUMBRES OBSERVATORY

現在，一個(ge) 國際研究團隊用兩(liang) 年的時間，收集了超新星SN 2018zd的詳細數據，並確認了這就是第三種超新星。他們(men) 將這一發現發表在《自然-天文》雜誌上，為(wei) 與(yu) 電子俘獲超新星相關(guan) 的理論提供了首個(ge) 證據。

在過去的幾十年裏，理論家已經對電子俘獲超新星以及它們(men) 的SAGB恒星前身天體(ti) 做了很多預測。比如他們(men) 認為(wei) 這類恒星應該質量很大；它們(men) 在爆炸前會(hui) 失去很多質量；在即將死亡時，它們(men) 應該有著不同尋常的化學成分。此外，電子俘獲超新星應該很弱，隻有很少的放射性沉降物，並且其核心應該有富含中子的元素。

終於(yu) ，在這次的新研究中，研究人員通過全球範圍內(nei) 的數十個(ge) 望遠鏡，在超新星SN 2018zd身上發現了許多不同尋常的特征，其中有的特征是首次出現在超新星上的。

SN 2018zd於(yu) 2018年3月被天文學家發現，它位於(yu) NGC 2146星係，距離我們(men) 大約3100萬(wan) 光年之遠。研究人員檢查了由哈勃空間望遠鏡拍攝到的爆炸前的圖像，並探測到爆炸發生之前的前身恒星的樣子。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——普通鐵核坍縮超新星的前身天體(ti) ，有所不同。

他們(men) 查閱了所有已發表過的關(guan) 於(yu) 超新星的數據，發現雖然其中有些也擁有一部分與(yu) 預測中的電子俘獲超新星相符的特征，但隻有SN 2018zd擁有所有相符的特征——它擁有一個(ge) SAGB恒星作為(wei) 前身天體(ti) ，在爆炸發生之前有重大的質量損失，它還有不同尋常的化學成分，且爆炸微弱，以及很少的放射性和一個(ge) 富含中子的核心。很明顯，所有的證據都表明，這是一顆電子俘獲超新星。

新發現還揭示了一些其他超新星所隱藏的奧秘。公元1054年，中國天文學家記載了發生在銀河係發生中的超新星爆發，它非常明亮，乃至天文學家在23天的白天都能看到它的存在；在夜晚，它更是閃耀了將近兩(liang) 年的時間。這就是超新星SN 1054，它的殘骸最終形成了著名的蟹狀星雲(yun) 。

蟹狀星雲(yun) 的合成圖像。| 圖片來源：NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF AND G. DUBNER (UNIVERSITY OF BUENOS AIRES)

在此之前，SN 1054是一顆用於(yu) 研究電子俘獲超新星的最佳候選，它的許多方麵都已經被詳細研究過，但其狀態還具有一定的不確定性，部分原因是這次爆炸發生在近一千年前。新的結果增強了這顆曆史上著名超新星是一顆電子俘獲超新星的可能性，也解釋了為(wei) 什麽(me) 它比模型中要更亮。因為(wei) 正如在SN 2018zd所看到的那樣，其亮度可能由於(yu) 超新星噴出物與(yu) 原始恒星釋放的物質發生碰撞而得到了加強。

論文的第一作者是加利福尼亞(ya) 大學聖塔芭芭拉分校的Daichi Hiramatsu，對於(yu) 此次的發現，他表示：“對我們(men) 所有人來說，這是一個(ge) ‘頓悟的時刻’，我們(men) 終於(yu) 可以完成40年前的理論閉環。對我個(ge) 人來說，我的天文學生涯是從(cong) 我在高中圖書(shu) 館中看到那些令人驚歎的宇宙圖片開始的，其中一個(ge) 就是哈勃空間望遠鏡拍攝到的蟹狀星雲(yun) 。”

作為(wei) 電子俘獲超新星理論的提出者之一，Nomoto為(wei) 這一發現感到興(xing) 奮。他表示：“我很高興(xing) 這個(ge) 電子俘獲超新星終於(yu) 被發現了，我的同事和我曾在40年前預測過它的存在，而且它與(yu) 蟹狀星雲(yun) 有關(guan) 。我非常感謝為(wei) 獲得這些觀測所付出的巨大努力。這是觀測和理論結合的一個(ge) 極佳例子。”

天文學家相信，這顆超新星還將幫助我們(men) 解碼更多有關(guan) 於(yu) 超新星的秘密。並且在這個(ge) 過程中，我們(men) 將獲取更多與(yu) 之有關(guan) 的基本物理學信息，比如一些中子星是如何形成的，極端恒星是如何生存和死亡的，以及構成我們(men) 的元素是如何產(chan) 生並散布在宇宙中的。

彩蛋

我們(men) 已經知道，大質量恒星在超新星爆發後，其核心會(hui) 坍縮成致密天體(ti) 黑洞或中子星。當這些致密天體(ti) 相互靠近、並合時，會(hui) 攪亂(luan) 時空，產(chan) 生以光速傳(chuan) 播的引力波。在過去的幾年裏，研究人員已經探測到了由雙黑洞並合和雙中子星並合產(chan) 生的引力波。昨天，在曆經了約18個(ge) 月的分析後，天文學家宣布他們(men) 首次發現由黑洞吞噬中子星產(chan) 生的引力波，而且是兩(liang) 個(ge) 這樣的引力波事件。

#創作團隊：

文：不二北鬥

#原文來源：

https://www.news.ucsb.edu/2021/020338/goldilocks-supernova

https://cosmosmagazine.com/space/astrophysics/new-type-of-supernova-spotted/

https://www.nature.com/articles/s41550-021-01384-2

#圖片素材來源：

封麵圖：NASA/STSCI/J. DEPASQUALE; LAS CUMBRES OBSERVATORY

引力波：Carl Knox/OzGrav/Swinburne Univ.

來源：原理

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