这张图片展示了银河系中一些最古老的恒星——古老的白矮星——由美国宇航局的哈勃太空望远镜拍摄。鸣谢:NASA和H. Richer(不列颠哥伦比亚大学)
据斯图尔特·赖德和埃里克·库尔的《对话》:当恒星像我们的孙蝶一样时,它们往往会发出呜咽声而不是巨响——除非它们碰巧是双星系统的一部分,可能会引发超新星爆炸。
现在,天文学家首次在4亿多光年外的星系中发现了这种事件的无线电信号。这一发现发表在5月17日的《自然》杂志上,为伴星可能是什么样子提供了诱人的线索。
恒星爆炸式死亡
当比我们的太阳重八倍的恒星开始耗尽其核心的核燃料时,它们的外层就会爆炸。这一过程产生了被误称为行星状星云的彩色气体云,并留下了被称为白矮星的致密炽热核心。
我们的太阳将在大约50亿年后经历这一转变,然后慢慢冷却并消失。然而,如果白矮星以某种方式增加重量,当它的质量超过我们太阳的1.4倍时,自毁机制就会启动。随后的热核爆炸摧毁了恒星,这是一种独特的爆炸,称为Ia型超新星。
但是额外的质量是从哪里来的呢?
我们过去认为这可能是气体从一颗靠近轨道的较大伴星上剥离下来。但恒星往往是杂乱的食客,会把气体洒得到处都是。超新星爆炸会冲击任何溢出的气体,使其以无线电波长发光。然而,尽管进行了几十年的搜索,射电望远镜从未探测到一颗年轻的Ia型超新星。
相反,我们开始认为Ia型超新星一定是成对的白矮星向内螺旋运动,以相对干净的方式融合在一起,没有气体冲击,也没有无线电信号。
鸣谢:亚当·马卡连柯/W. M.凯克天文台,作者提供
一种罕见的超新星
超新星2020eyj于2020年3月23日在夏威夷由望远镜发现。在最初的七周左右,它的表现与其他Ia型超新星几乎一样。
但在接下来的五个月里,它的亮度不再减弱。大约在同一时间,它开始显示出异常富含氦的气体特征。我们开始怀疑超新星2020eyj属于Ia型超新星的一个罕见子类,在这种超新星中,冲击波以每秒10,000多公里的速度扫过只能从幸存的伴星外层剥离的气体。
为了证实我们的预感,我们决定测试是否有足够的气体被电击产生无线电信号。由于这颗超新星太偏北,无法用Narrabri附近的澳大利亚望远镜紧凑型阵列等望远镜进行观测,我们转而使用遍布英国的射电望远镜阵列,在爆炸约20个月后观测这颗超新星。
令我们非常惊讶的是,我们首次在无线电波长上清晰地探测到了一颗“幼年”Ia型超新星,大约五个月后的第二次观测证实了这一点。这是否可能是并非所有Ia型超新星都是由两颗白矮星合并而成的“确凿证据”?
耐心是有回报的
Ia型超新星更显著的特性之一是,它们似乎都达到了几乎相同的峰值亮度。这与它们在爆炸前都达到了相似的临界质量是一致的。
正是这一属性让天文学家布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和他的同事们在20世纪90年代末得出了他们获得诺贝尔奖的结论:自大爆炸以来,宇宙的膨胀并没有在重力作用下放缓(正如所有人所预料的那样),而是由于我们现在所说的暗能量的影响而加速。
因此,Ia型超新星是重要的宇宙物体,事实上我们仍然不知道这些恒星爆炸是如何发生的,何时发生的,或者是什么使它们如此一致,这一直是天文学家的担忧。
特别是,如果合并的白矮星对的总质量可以达到我们太阳质量的三倍,为什么它们释放的能量都差不多呢?
我们的假设(和无线电确认)是,当足够多的氦气从伴星剥离并到达白矮星表面,推动其超过质量极限时,超新星2020eyj发生了,这为这种一致性提供了一个自然的解释。
现在的问题是,为什么我们以前没有在任何其他Ia型超新星中看到过这种无线电信号。也许我们在爆炸后试图探测它们太快了,太容易放弃了。或者,也许并不是所有的伴星都富含氦,并大量脱落它们的气体外层。
但是正如我们的研究表明的那样,耐心和坚持有时会以我们意想不到的方式获得回报,让我们听到遥远恒星垂死的低语。