超大质量恒星的彻底湮灭！_风闻

原创：牧夫天文

翻译：陆寅枫

校对：田程偲

编排：陶邦惠

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

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

不稳定对超新星SN 2016iet的艺术想象图

Credit: Joy Pollard/Gemini Observatory/NSF/NASA

在一个遥远的星系中，发生了一场前所未见的超新星爆发。这场超新星爆发使得天文学家不得不将几十年的研究置于一边，而把注意力转移到一种新的超新星上。这种超新星爆发时可以将其母星完全毁灭，不留一点残骸。这场天文学家之前从未目睹过的超新星爆发事件可能展现了宇宙中第一代恒星以及那些质量最大的恒星是如何死亡的。

这颗被命名为SN

2016iet的超新星最初是由欧洲空间局（ESA）的盖亚（Gaia）太空望远镜于2016年11月14日发现的。随后的三年中，天文学家对它进行了密切的跟踪观测，其间使用了多台望远镜，包括位于夏威夷莫纳克亚火山的北双子望远镜和它搭载的多目标光谱仪。这些跟踪观测为分析这颗超新星的距离和成分等提供了重要的信息。

位于夏威夷莫纳克亚火山的北双子望远镜

Credit: Gemini Observatory

“在我们使用的那么多台望远镜中，北双子提供的有关这颗超新星的观测数据是最有深度的。”哈佛-史密松天体物理中心的伊多·伯格（Edo Berger）说道。“它让我们能够在发现SN 2016iet的八百多天后还能继续研究它，尽管这时它的亮度已经只有刚爆发时的百分之一了。”

美国国家科学基金会（NSF）的项目主任，克里斯·戴维斯（Chris

Davis）补充道：“双子座望远镜这次非凡的观测成果展示了研究千变万化的宇宙的重要性。为了全面了解我们的宇宙，在天空中寻找突然的爆发事件并迅速观测它们，然后再进行几天、几周、几个月甚至几年的跟踪观测是至关重要的。两三年后即将投入使用的大型综合巡天望远镜（Large Synoptic Survey Telescope, LSST）将会发现数以千计个这样的天文事件，而双子座望远镜是进行跟踪观测的不二选择。”

在这次观测中，望远镜在超新星的位置只发现了非常微弱的氢元素排放，这表明了SN

2016iet的前身星一直处在一个恒星形成不那么活跃的孤立区域。对一颗质量如此之大的恒星来说，这不是一个常见的环境。“尽管几十年中我们已经观测了数千颗超新星，这次的发现与先前任何一次都不同。有些时候，我们或许会发现一颗超新星只有某个方面与众不同，但是其他方面都很正常。然而SN 2016iet却在各个方面都很独特。”伯格继续说道。

SN 2016iet的独特之处包括它持续极长的爆发时间、相当大的能量释放、不寻常的化学痕迹以及缺乏重元素的形成环境。此前在天文研究中从未出现过类似的案例。

SN 2016iet和它最有可能的宿主星系的照片，它们之间相距54000光年。这张照片由位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜（克莱）于2018年7月9日拍摄。 Credit: GEMINI Observatory

SN

2016iet不同寻常的特征表明了它最初是一颗约为200倍太阳质量的恒星，它在所有被观测过的单颗恒星爆发中属于质量最大，能量最高的恒星爆发之一。越来越多的证据表明宇宙中的第一代恒星可能与其质量相当。天文学家预测如果这些“远古巨兽”在它们短暂的一生（仅几百万年）中都能保有如此大的质量的话，那他们死亡时就会变成不稳定对超新星（得名于爆发时产生的物质与反物质对）。

绝大多数大质量恒星会以爆炸结束它们的生命，这些爆炸会将富含重金属元素的物质抛向宇宙，而恒星的核则会坍缩成一颗中子星或是黑洞。但是不稳定对超新星完全是另外一个故事。坍缩的核会释放大量的伽马射线辐射，进而滚雪球般地产生粒子与反粒子对，最终引发一场灾难性的热核爆炸湮灭整颗恒星，包括核。

不稳定对超新星的理论模型预测这类超新星会出现在缺乏金属元素（天文学上，重于氢和氦的元素都称为金属元素）的环境中，例如矮星系或是早期宇宙。这次的发现与模型所预测的结果完全一致：SN

2016iet所在的星系正是一个距我们十亿光年远的贫金属矮星系。“这是第一颗质量和金属含量都在理论模型预测范围内的超新星。”研究院塞巴斯蒂安·戈麦斯（Sebastian Gomez）说道。

SN 2016iet的另一个独特之处是它荒凉的位置。绝大多数大质量恒星都是在密度很高的星团中诞生的，但是SN 2016iet却诞生在离它的矮宿主星系中心54000光年之遥的一个孤立区域。

“质量这么大的一颗恒星是如何在这样一个完全孤立的地区形成的至今还是一个谜。”戈麦斯说。“在太阳系附近的宇宙中，我们只知道几颗质量接近SN 2016iet的恒星，但是它们全都位于密集的星团里，邻居不可胜数。”关于SN 2016iet的爆发持续时间之长和亮度变化之慢，研究团队提出了一个合理的解释。他们认为在前身星爆炸之前的数十年里，它曾以每年约三倍太阳质量的速度向其周围抛射出一些物质。当它最终爆炸时，爆发的碎片与这些物质相碰撞，从而为SN 2016iet的持续光散射提供了动力。

“绝大多数的超新星会在它们爆发的几个月后彻底变得暗淡，被一旁宿主星系的光芒掩盖而变得不可见。但是因为SN

2016iet实在是太亮了，而且离宿主星系相当遥远，所以我们可以有好几年的时间来研究它。”戈麦斯说。“不稳定对超新星的概念已经存在了几十年了，但是我们第一次真正观测到这样一颗质量和行为都在预计范围内的超新星，而且还存在于贫金属矮星系中，这对我们来说是迈进了一大步。”伯格补充道。

不久以前，天文学家甚至不知道这样的超大质量恒星是否真的存在。但SN

2016iet的发现与跟踪观测清楚地证实了它们的存在以及它们对早期宇宙演变的可能影响。“双子座望远镜在这次发现中的重要性是不言而喻的。”戈麦斯说，“它帮助我们更好地理解了早期宇宙在黑暗时期（没有恒星形成）之后是如何发展成为如今这般绚烂多彩的宇宙的。”

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几乎肉眼可见的猎户座

影像来源: John Gleason & Rogelio Bernal Andreo