科学家发现超新星：揭秘IA型超新星

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近日，科学家发现超新星爆炸，20世纪末，科学家通过对IA型超新星测距的研究认识到宇宙在加速膨胀，进而推论出暗能量的存在。这不仅是天文学，而且是物理学的巨大突破。与人类一样，恒星也有生死。

超新星是恒星在生命终点的剧烈爆发现象。目前为止，人类记录了上万颗超新星爆发。而2015年夏天发现的一颗超新星震惊了天文界——其爆发强度超过了常见超新星约两百倍，是目前记录保持者的两倍以上。这颗名为ASASSN-15lh的极亮超新星是由中科院“宇宙结构起源”战略先导专项的核心成员、北京大学科维理天文与天体物理研究所“青年千人”研究员东苏勃领导的国际团队发现的。这一最新研究成果以东苏勃为第一及通讯作者身份发表在2016年1月15日出版的《科学》杂志上。

据《科学》文章报道，ASASSN-15lh距离地球38亿光年，属于罕见的“极亮型超新星”家族中的一员。它的发现有望为天文学家揭开极亮型超新星的爆发之谜提供重要线索。



史上最强超新星爆发ASASSN-15lh的想像图。该图示意了从超新星宿主星系中一颗距离ASASSN-15lh约1万光年的行星上观看ASASSN-15lh爆发的情景。（图片制作人：马劲 北京天文馆 ）

IA型超新星



它们个个都像英雄那样，活着的时候光芒万丈，傲视群雄，死亡的时候也是轰轰烈烈，以一场大爆发结束自己的生命。这种恒星在演化接近末期时经历的剧烈爆炸就叫超新星爆发。超新星的英文名称为supernova，nova在拉丁语中是“新”的意思，这表示它在天球上看上去是一颗新出现的亮星（其实原本即已存在，因亮度增加而被认为是新出现的）。
生命有长有短，个体也有大有小，因此爆发的方式往往也是林林总总。
科学家经过系统的理论研究后提出，在恒星家族中也有一个标准个头——就像对人类而言，也有平均的身高和体重——那就是1.44个太阳质量。具有这样质量的恒星，它们在爆发的时候，就被称为IA型超新星。

白矮星的掠夺

超新星通常被人类划分为两大类：I型和II型。如果在某一颗超新星的光谱中，不包含氢的吸收线，那它就会被归入I型，反之，则会被定义为II型。I型超新星又可以细分为IA、IB和IC三种，而II型一般是单个的大恒星，质量通常超过9个太阳质量，也可细分为IIP、IIL和IIN三类。
IA型超新星的主角通常都是一颗白矮星，白矮星是如太阳这般大小的恒星演化至末期的残骸。虽然它们的质量不大，但却拥有着惊人的密度。通常，白矮星都会有一颗伴星，而它俩之间的关系似乎也是注定的——掠夺，当然，受害者就是伴星。

白矮星会贪得无厌地吞噬伴星的物质，它不会一口便将伴侣吃掉，而是会在其周围建立一条细长的“食物通道”。这条通道会像蛇一样缠绕着伴星，并形成一个巨大的圆盘，而白矮星则会通过这根“吸管”，将伴星体内的物质步步蚕食。
当然，这样的掠夺并非是无止境的。当白矮星通过吞噬，逐渐长大到1.44倍太阳质量的时候，掠夺就会停止——这个质量已是它的极限。这时，众多剧烈的物理反应就会纷至沓来。白矮星由于内部的密度很高，因此能够点燃连锁反应，一系列核聚变过程将会最终导致白矮星的爆发，这就是IA型超新星。
由于质量是一定的，因此爆发产生的能量也是一定的，同理可知，爆发时所产生的亮度也是一定的。所以，科学家就将IA型超新星称为宇宙中的“标准烛光”。标准烛光爆发的时候，释放出来的能量可能会超过1044焦耳。通过观测爆发时的明暗程度，我们还可以判断这颗超新星距离我们有多远。

诺贝尔的认可

如今，宇宙学家已经开始利用“标准烛光”测量宇宙的膨胀速度和暗能量的具体分布等问题了，这项研究也获得了2011年的诺贝尔物理学奖。三位获奖者分别是来自澳大利亚国立大学的布莱恩·保罗·施密特（Brian Paul Schmidt）、美国约翰·霍普金斯大学的亚当·盖伊·里斯（Adam Guy Riess），以及美国劳伦斯伯克利国家实验室的索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）。他们通过观测遥距超新星，从而发现了宇宙正在加速膨胀。其中，珀尔马特还使用软件，发现了大量IA型超新星，这一实践标志着人们对IA型超新星的研究，已从理论探讨走向了样本研究。

不过，随着研究的深入，科学家惊讶地发现，IA型超新星还存在着另一种模式——两颗白矮星合并。所以，截至目前，人们所了解的“点燃标准烛光”的方式有两种。
虽然作为宇宙的“标准烛光”，IA型超新星的模型仍存在着一些不确定性，譬如它周围的那些吸积盘会阻挡部分爆发的光芒，从而影响人们对于“标准烛光”的精确判定。但这丝毫无法改变IA型超新星在宇宙学中的特殊地位，科学家已将其列为近十年内恒星研究的主要对象之一。相信随着天体物理学界对IA型超新星进行更深入详细的研究，从爆炸模型到演化途径等的各方面探究，宇宙中暗能量的秘密终将被解开。