超新星爆發示意圖。(ShutterStock)
超新星爆發示意圖。(ShutterStock)

有史以來第一次,天文學家實時成像了紅超巨星爆炸性的消亡,見證了從這顆大質量恆星在坍縮成II型超新星之前的劇變,直到爆炸之後迅速灰飛煙滅的全過程。

雖然科學家經常看到超新星爆炸,但是一般都是在超新星爆炸以後才後知後覺得進行觀測。這次,研究團隊在超新星爆炸前就發現了它即將爆炸的徵兆,並且在其致命爆炸前的最後130天裏持續觀察了這顆紅超巨星。

「這就像觀測一顆定時炸彈。」論文的主要作者之一、美國加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的拉斐拉·瑪古蒂(Raffaella Margutti)教授在一份聲明中說,「直到現在,我們從未在一顆垂死的紅超巨星中證實過如此劇烈的活動,我們看到它會產生如此明亮的輻射,然後坍縮和爆炸。」

這一發現顛覆了之前關於紅超巨星在爆炸前如何演化的想法。較早的研究認為,紅超巨星在死亡前相對平靜,沒有劇烈的噴發或輻射的證據。然而,這次的新觀測在爆炸前的最後一年探測到了紅超巨星的明亮輻射。這表明這些恆星中至少有一些必定在其內部結構上發生了重大變化,導致它們在坍塌之前大量噴出氣體。

「這是我們理解大質量恆星在死亡前一刻所做的事情的一個突破。」論文的主要作者之一、加州大學伯克利分校的研究生永利·雅各布森-加蘭(Wynn Jacobson-Galan)在上述聲明中說,「以前從未在普通的II型超新星中直接探測到紅超巨星爆炸前的活動。我們第一次看到紅超巨星爆炸全過程。」

位於夏威夷毛伊島哈雷阿卡拉火山的泛星計劃(Pan-STARRS)望遠鏡於2020年夏天通過紅超巨星發出的大量輻射首次探測到這顆註定要滅亡的大質量恆星。幾個月後,也就是2020年秋天,一顆超新星照亮了天空。

研究團隊迅速捕捉到強大的閃光,並使用位於夏威夷的凱克天文台(Keck Observatory)獲得了爆炸的第一個光譜,並將爆炸編號為超新星2020tlf(SN 2020tlf)。觀測數據指示爆炸時恆星周圍有稠密的星際物質的直接證據,可能與Pan-STARRS在夏季早些時候拍攝的紅超巨星猛烈噴射的氣體相同。

爆炸後,團隊繼續監測SN 2020tlf。根據從凱克天文台的深度成像和多目標光譜儀和近紅外階梯光譜儀獲得的數據,研究團隊確定SN 2020tlf的前身是一顆紅超巨星,位於距離地球約1.2億光年的NGC 5731星系。它的質量是太陽10倍以上。

雅各布森-加蘭說:「我對這一發現揭開的所有新『未知』感到非常興奮。探測到更多像SN 2020tlf這樣的事件將極大影響我們如何定義恆星演化的最後幾個月,聯合觀測和理論來解開大質量恆星如何走向滅亡的謎團。」

這項新研究的論文發表在1月6日的《天體物理學雜誌》上。#

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