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超亮超新星来源线索逐渐浮现

恒星到了生命晚期通常会爆炸变成超新星。超亮超新星(superluminous supernovae)是超新星是其中亮度特别高的一种,结合近年多个研究项目发现的各种线索,基本都推测这种超新星是由质量为百倍以上太阳的恒星爆炸而成。

超亮超新星亮度是普通超新星的十倍至百倍以上,出现的几率也小得多。至今科学家只探测到共100颗左右。

与质量大、金属含量低的恒星相关

瑞典斯德哥尔摩大学主导的SUPERS项目,是同类项目中使用的超亮超新星样本最多的一个。他们发现,在诞生新星的年轻星系中出现超亮超新星的几率,比年老星系的几率大,因此他们认为超亮超新星可能是年轻恒星爆炸而成。

该项目使用美国加州帕洛玛天文台(Palomar Observatory)的兹威基瞬变设施(Zwicky Transient Facility,ZTF),可以同时观测多个星系。

斯德哥尔摩大学的伦南(Ragnhild Lunnan)博士说,平均每个星系在一个世纪的时间内才会发生一颗超新星事件,超亮超新星更罕见,每一千至一万颗超新星中才有一颗是超亮超新星。通过有能力同时观测多个星系的设备,才有可能得到足够的数据对它们展开研究。

他们还发现,具有较多原始化学物质的星系出现超亮超新星的几率大,这些星系的金属含量较低。因此他们认为超亮超新星和大质量、低金属含量的恒星相关。

2018年,伦南的团队发现一颗超亮超新星具有一个巨大的外壳,“这可能是这些恒星非常大质量的又一个证据。”伦南说。

亮度渐变周期长达几个月

另一个由以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的戈尔言(Avishay Gal-Yam)主导的Fireworks研究项目,也利用ZTF观测设备,发现了超亮超新星亮度变化周期比普通超新星长很多。

戈尔言说,ZTF对天空的频繁监控,大幅提高了观测这类事件的密切度。以前的观测中,通常超新星事件发生两周后才能捕获到,ZTF可以在一两天内就发现。

他们发现,普通的超新星爆炸过程从变量到变暗前后只有几周的时间,而超亮超新星过程长得多。“从爆炸发生至达到最亮的时刻可能就有两个月、甚至更长的时间。”

戈尔言团队已发布了好几份研究探讨超亮超新星的诞生过程,一种假设认为是普通超新星留下的残骸——高速旋转、高磁性的中子星象一个大磁铁一样,不断给超新星补给能量,导致超亮超新星。

不过戈尔言本人更认同伦南的另一种假设,认为超亮超新星是由巨大的恒星——质量至少是太阳百倍以上的恒星爆炸而成。

特别高的亮度适合探测特别遥远星系的距离

尽管科学家对超亮超新星了解还很有限,天文学家已经发现它们可以作为“标准烛光”,衡量遥远宇宙的距离。

英国南安普敦大学(University Of Southampton)的SPCND项目,使用超亮超新星丈量宇宙遥远位置的星系。负责人沙利文(Mark Sullivan)说:“把它当作亮度已知的标准烛光,如果看到它出现在空中,测量从地球看起来它的亮度,就知道它与地球的距离。”

沙利文团队共发现了20多颗超亮超新星,最远的距离地球80亿光年。“我们有了来自遥远宇宙的新数据。”

天文学家希望新一代望远镜的启用,能找到更多超亮超新星,将进一步揭开这类超新星的面纱。

“我们正处在一个有能力发现这么多非常罕见天体的时代,这很有趣。”伦南说。

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