非常罕见！在距地球80亿光年的宇宙中，才发现20多颗超超新星

枣强公用号

当一颗大质量恒星到达生命的尽头时，会成为超新星爆炸。但有一种独特的超新星，它的亮度要高得多，天文学家对此了解的不多，这种超新星可能会被证明对测量宇宙很有用。这些事件被称为超超新星，通常比普通超新星亮10到100倍，但要罕见得多。到目前为止，已经发现了大约100个，但这些超超新星事件的许多方面依旧难以捉摸。


例如，为什么它们比普通超新星要亮得多，是什么恒星造成了它们？天文学家希望在未来几年内回答这些和更多的问题，各种研究正在进行中，以前所未有的方式理解这些事件。斯德哥尔摩大学的RagnHild Lunnan博士是Supers项目的联合研究人员之一，该项目试图找出哪些恒星导致了超超新星的形成。由于已经发现了几十个这样的超超新星活动，该研究团队正在建立这些活动的最大集合，以努力了解更多关于它们的信息。


通过跟踪这些超新星演化到非常晚的阶段，可以破译它们的结构，这会告诉我们关于爆炸的恒星情况，以及它可能是如何爆炸的。为了发现这些爆炸，研究团队正在使用一种名为兹维基瞬变设施(ZTF)的相机，该相机是美国加利福尼亚州帕洛马天文台的一部分，用来测量天空。预计每个星系每个世纪只有一颗超新星，1000颗甚至10000颗超新星中只有一颗是超超新星。但是，通过同时观察许多星系和ZTF，就有可能发现更多。


与较老的星系相比，在恒星形成的星系中发现超超新星的频率更高，这意味着它们很可能是年轻恒星的爆炸。此外，在化学信息的原始的星系中发现它们，天文学家称之为低金属丰度，这也是一条线索，它们与非常大质量的贫金属星有关。早在2018年，团队发现了一颗超超新星，其周围环绕着一层巨大的物质外壳，很可能是在其短暂生命的最后几年喷出，发现物质外壳，表明恒星一定非常大的另一个线索。
走向超新星
超超新星形成的确切过程是另一个问题，通常情况下，恒星可以通过独立塌缩，或者在爆炸发生之前与一颗被称为白矮星的小而致密恒星共享物质，即1a型超新星，成为超新星。但是在超超新星件中会发生什么呢？来自以色列魏兹曼科学研究所的Avishay Gal-Yam博士一直在试图回答这个问题，也参与了一项研究项目，该项目一直在使用像ZTF这样的相机对夜空观测，这些相机具有高速的观测频率。


这意味着它们在事件发生后不久就显示了一个事件，以研究超新星爆炸。以前只能在超新星发生大约两周后才能看到它们，但ZTF对天空的持续观察，使天文学家能够在大约一到两天内看到它们，这对超超新星来说特别有用。一颗普通的超新星可以在几周内变亮和变暗，但超超新星的寿命可以延长几倍，同时达到峰值亮度的速度也会更慢。超超新星爆炸达到顶峰的时间可能需要几个月，有时甚至更长。


因此，对这些天体的研究重点不是快速观察，而是持续的后续观测，这需要几个月甚至几年的时间。到目前为止，Gal-Yam博士和团队已经发表了几项研究，检验了这些事件如何发生的一些理论。一种想法是，正常超新星会留下一颗快速旋转、高度磁化的中子星，称为磁星，它就像一块巨型磁铁，向超新星爆炸注入能量。但Gal-Yam博士更青睐的理论与伦南博士倡导的理论相同，即大质量恒星坍塌是原因。
距离和标准蜡烛
从能量总量和持续发射的很长时间来看，是什么产生了如此多的能量，能够为如此发光的发射提供动力？最耐人寻味的是一颗质量比太阳大100倍的超大质量恒星爆炸。虽然许多关于超超新星的问题依旧没有答案，但它们已经被证明是宇宙中有用的距离标记。被称为“标准蜡烛”的明亮事件，如超新星，可以告诉我们一个特定的星系有多远，因为我们知道它们应该有多亮，即一个标准蜡烛，一种已知光度的物体。


该研究项目着眼于像这样的超新星爆炸事件如何对宇宙学研究有用。如果你能在天空中找到它，并测量它对我们地球上的人来说有多亮，就能知道它有多远了。超超新星的亮度使它们特别有用，研究团队利用智利塞罗托洛美洲天文台(Cerro Tololo Inter-American Observatory)对夜空进行的暗能量观测(DES)发现，在距离地球80亿光年的星系中，有20多颗超超新星，这给了我们一个新的宇宙距离阶梯。


这样我们得到了遥远宇宙中这些物体的新数据集，随着这些超超新星事件的样本量不断增加，天文学家现在将希望一劳永逸地回答是什么导致了这些事件。即将到来的望远镜，如智利的维拉·C·鲁宾天文台(Vera C.Rubin Observatory)，可能会被证明是至关重要的，它将对夜空进行新的扫描观测，并发现比以往任何时候都多的此类天体。处在这个时代，天文学家发现了如此之多的天体，即使是稀有的超超新星也是如此，这就很有趣了。


博科园｜研究/来自：Horizon
参考期刊《The EU Research & Innovation Magazine》
博科园｜科学、科技、科研、科普