死亡恒星噴出一個(gè)“恒星”

2023年5月19日夜，日本業(yè)余天文學(xué)家板垣浩一運(yùn)用自己設(shè)置在本國(guó)三地的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)超新星。其實(shí)，業(yè)余天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)超新星比天文學(xué)家還多這一點(diǎn)不算奇怪。例如，板垣浩一本人就發(fā)現(xiàn)了超過(guò)170顆超新星，在業(yè)余天文學(xué)家中排第一，第二名則發(fā)現(xiàn)了超過(guò)150顆超新星。

業(yè)余天文學(xué)家的大發(fā)現(xiàn)

當(dāng)晚，當(dāng)板垣浩一發(fā)現(xiàn)了后來(lái)被命名為SN2023ixf的這顆超新星時(shí)，他立即意識(shí)到了它的特殊性，這是因?yàn)镾N2023ixf爆發(fā)于地球附近的風(fēng)車(chē)星系，該星系所在的大熊星座距離地球只有2000萬(wàn)光年，從宇宙學(xué)上講，這真不算遠(yuǎn)。很快，全球的業(yè)余天文學(xué)家都開(kāi)始觀測(cè)SN2023ixf，這是因?yàn)轱L(fēng)車(chē)星系是他們都喜歡觀測(cè)的目標(biāo)。

天文學(xué)家渴望了解一顆恒星在剛好變成超新星時(shí)、但還未爆發(fā)前的情況。通常情況下，超新星都是在爆發(fā)后多日才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。SN2023ixf有可能在還處于爆發(fā)前的階段（即超新星演化的初期階段）時(shí)被板垣浩一觀測(cè)到，因此它是值得重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的對(duì)象。意識(shí)到這一點(diǎn)，板垣浩一立即將自己的發(fā)現(xiàn)通報(bào)給了天文學(xué)家。

晚了好幾天的激波突破

天文學(xué)家立即運(yùn)用大型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)SN2023ixf，測(cè)量它的光譜，以及它的光線在之后幾周里的亮度變化情況，并且把這些數(shù)據(jù)繪制成了光變曲線。

SN2023ixf的光譜表明，它的質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)的8倍，是一顆二類(lèi)超新星。天文學(xué)家在搜索、對(duì)比風(fēng)車(chē)星系的檔案照片后，推測(cè)SN2023ixf的質(zhì)量為太陽(yáng)的8～10倍。SN2023ixf的光譜異常偏紅，這說(shuō)明這顆超新星附近有大量塵埃，這些塵埃會(huì)吸收藍(lán)光，而讓紅光通過(guò)。但這些都不算異常，真正異常的是SN2023ixf的光變曲線的形狀。

通常，一顆二類(lèi)超新星會(huì)在其演化初期發(fā)生激波突破，即沖擊波從恒星內(nèi)部向外膨脹，最終沖破恒星表面。因此，在二類(lèi)超新星的光變曲線上會(huì)有由激波突破導(dǎo)致的突然上升。然而，SN2023ixf的激波突破晚了好幾天才出現(xiàn)，而這時(shí)早已不算超新星演化初期。莫非這顆超新星運(yùn)動(dòng)緩慢，或者另有隱情？

恒星噴射物裹住了恒星

天文學(xué)家說(shuō)，激波突破的推遲直接證明了恒星最近才發(fā)生了大量物質(zhì)丟失。新觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在其爆發(fā)前最后一年中，SN2023ixf竟然丟失了相當(dāng)于一個(gè)太陽(yáng)（即一顆恒星）質(zhì)量的物質(zhì)。

當(dāng)大量物質(zhì)脫離恒星表面時(shí)，恒星會(huì)很不穩(wěn)定，其后果是：由臨終恒星噴射的物質(zhì)組成的塵埃云，最終會(huì)包裹這顆恒星。因此，超新星的激波突破不僅必須突破恒星內(nèi)部并炸裂恒星，還必須突破這些塵埃云，才能被觀測(cè)到?？磥?lái)，這一過(guò)程要花好幾天時(shí)間。這就是SN2023ixf的光變曲線上峰值推遲來(lái)臨的原因。

天文學(xué)家還采用了能進(jìn)行長(zhǎng)波觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀測(cè)SN2023ixf，由此觀測(cè)到了SN2023ixf的激波突破與這顆超新星的塵埃云之間的碰撞。

天文學(xué)家指出，要想探索大質(zhì)量恒星在變成超新星并爆發(fā)之前的狀態(tài)（即很年輕的超新星狀態(tài)），唯一的方法就是發(fā)現(xiàn)距離我們很近的超新星，并且在多個(gè)波段觀測(cè)它。通過(guò)這樣的觀測(cè)，相當(dāng)于把SN2023ixf變成了一部時(shí)間機(jī)器，重構(gòu)了它的恒星母體，還一直看到了它爆發(fā)、死亡之前的時(shí)刻。

問(wèn)題接踵而至：是什么原因造成SN2023ixf如此不穩(wěn)定？

恒星就像一層層的洋蔥

天文學(xué)家把演化中的大質(zhì)量恒星想象成由一層又一層組成的洋蔥。恒星的每一層都由一種不同的元素組成。隨著恒星衰老，恒星核收縮、升溫，恒星各層的燃燒就形成這些元素。其中最外層是氫，氫的下面是氦，再往下是碳、氧、氖、鎂，直到恒星核里的硅。硅能經(jīng)過(guò)核聚變反應(yīng)形成鐵，但恒星核的核聚變到此也就停止了，原因是形成鐵的反應(yīng)所需的能量輸入大于能量輸出，這對(duì)恒星來(lái)說(shuō)效率太低。因此，恒星核最終停轉(zhuǎn)，恒星向著核坍縮，然后又反彈，并向外爆發(fā)。

一種可能是，恒星內(nèi)部燃燒大質(zhì)量元素（例如硅）的最終階段被打亂，由此導(dǎo)致的能量脈沖震顫整顆恒星，并且導(dǎo)致恒星物質(zhì)脫離恒星表面。究竟是否如此？天文學(xué)家計(jì)劃未來(lái)進(jìn)行調(diào)查。不過(guò)，從SN2023ixf身上，他們已看出端倪。