天体物理学家决定如何发现超新星

黄俊琼

GRB 190829A及其相关超新星在宿主星系中的位置。这幅图像是在GRB被探测到大约5天后，由迈丹纳克天体物理天文台的AZT-22 1.5米望远镜拍摄的。学分:模式识别与图像分析(2023)。DOI:10.1134/s 1054666182302035

（）据国立研究大学高等经济学院：探测到与伽马射线爆发相关的超新星的概率目前是0.00346%。不同地理坐标的几个望远镜组成的网络，检查不同光度过滤器的数据，分析图像，并考虑爆发发生的宿主星系的特征，将有助于发现更多的超新星。这项研究发表在《模式识别和图像分析》上。

伽马射线爆发是宇宙中最强大的耀斑，在伽马范围内释放出巨大的能量。爆发的活跃阶段可能持续不到一秒钟，但它在数十亿年内释放的能量比太阳还多。这些爆发是在1967年意外发现的，当时Vela记录了一个伽马射线信号，Vela是一颗美国秘密卫星，用于跟踪苏联和英国在大气层中的核爆炸。但令人惊讶的是，信号不是来自地球，而是来自太空。

伽马射线爆发通常发生在离地球相当远的地方，并不构成直接威胁。然而，如果这样的爆发发生在我们的星系附近，保护我们免受危险辐射的臭氧层将被破坏，所有生物都将暴露在有害的宇宙辐射中。这样的灾难会导致生物的灭绝。因此，天体物理学家继续研究这一现象及其可能的后果，以便更好地了解和评估潜在的风险。

这些爆发的确切机制还没有被完全研究，但是，根据一种理论，一些爆发出现在由于坍缩而发生的超新星之后。

坍缩是质量比太阳大8-10倍的恒星演化的一个阶段，当恒星耗尽其“核燃料”供应并停止抵抗重力压缩时，坍缩就开始了。其核心的密度变得非常高，并发生爆炸——超新星。在这次爆炸中，大量的物质以每秒几百公里的速度喷射到太空中。这产生了与环境碰撞的粒子流，并导致伽马辐射。

GRB 201015A伽马射线爆发的天文图像。2020年10月15日检测到爆发。左图显示了10天后伽马射线爆发应该消失的区域。在11月的图像中，可以看到光源正在变暗，这表明它是一颗超新星，爆炸就是由它引起的。

与此同时，超新星爆发远不如它产生的伽马射线爆发那么引人注目。虽然到2023年，天体物理学家已经探测到大约13000次伽马射线爆发，但只有45次被证明与超新星有关。事实上，这种突发的数量可能更多。HSE天体物理学家分析了探测到超新星时可能出现的误差和选择性效应，并描述了如何最小化它们。

研究伽马射线爆发的程序如下:空间天文台(Swift、Fermi、INTEGRAL)的仪器探测伽马辐射并将其坐标传输到地球。之后，研究人员测量红移，这是一个表征到观测源距离的参数。如果偏移量小于或等于0.5，那么伽马射线爆发很有可能是由超新星引起的，应该被观测到。

超新星出现在伽马射线爆发后5-20天的图像中。有几个限制可以阻止它被发现，例如，如果源位于离地球太远的地方。

“如果我们把伽马射线爆发比作灯笼，那么超新星就像蜡烛。它向各个方向“扩散”它的能量，所以它不能像伽马射线爆发那样向一个方向发射光束。如果我们发现红移相对较大，并且我们可以观察到伽马射线爆发，那么在这种情况下，超新星可能不会被注意到，”文章作者Sergey Belkin说，他是空间物理与空间研究所(RAS)联合部门的博士生。

研究人员指出，如果超新星所在的宿主星系太亮，遮住了超新星，或者相反，尘埃太多，吸收和/或分散了它的光，也会阻碍对它的检测。

“打个比喻，这和拿着蜡烛或手电筒在雾中行走是一样的。如果一个人拿着蜡烛走，会更难看到他们，因为光线会被吸收和散射，而一个拿着手电筒的人更容易被注意到。因此，如果在宿主星系的特定过滤器中看不到超新星，那么在其他光度过滤器中观察光源是有意义的，在这些过滤器中，光吸收可能更低，这将使分离超新星成为可能，”谢尔盖·贝尔金解释道。

考虑爆炸发生的地点也很重要。如果在远离主星系中心的臂中观察到它，那么探测到超新星的机会将高于在其核心附近。

这个问题可以通过在伽马射线爆发和超新星完全淡出后再观察宿主星系几天来解决，然后将已经平静的星系的图像与活跃的超新星阶段获得的图像相关联，并去除星系背景。星系本身会消失，在其核心附近会观察到一颗超新星。

在地球上，恶劣的天气条件会阻碍研究活动。为了使风、湿度、雨和云层不干扰观测，研究人员建议在不同的地理纬度和经度组织一个统一的观测网络。

“我们需要一个由分布在世界各地的多台望远镜组成的完善网络。我们希望在不同国家同事的协助下，这将成为可能。我们鼓励研究人员仔细研究从一般系列中脱颖而出的每一个案例，即使最初看起来微不足道，”文章的另一位作者阿列克谢·波扎年科评论道。