超新星SN1054爆發(fā)留下的蟹狀星云 NASA

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　　iPTF14hls與普通ⅡP型超新星光變曲線的對比

　　宇宙中，每秒鐘都有恒星死去。雖然恒星結(jié)束生命的方式不外乎核塌縮和熱核爆炸兩種，但它們結(jié)合各自的物理、化學狀態(tài)，細化出無數(shù)種死法。真是應了那句話：有一萬種死法，你要選哪種？可有顆恒星卻不走尋常路，它似乎選擇了——

　　標準的超新星都是相似的，特殊的超新星各有各的不同。

　　11月9日出版的《自然》雜志就介紹了一個特殊的超新星爆發(fā)。天文學家發(fā)現(xiàn)，一顆被命名為iPTF14hls的超新星在近兩年的時間里，爆發(fā)了5次。在全球大視場巡天開展得如火如荼的當下，每天都會發(fā)現(xiàn)十幾顆超新星，但如此走向死亡的恒星卻前所未有。清華大學和國家天文臺的研究人員作為該研究的合作者，利用國內(nèi)的中小型望遠鏡設(shè)備為這項工作貢獻了重要數(shù)據(jù)。

　　一波三折的發(fā)現(xiàn)過程

　　2014年9月22日，著名的帕洛瑪瞬變源巡天項目利用大視場相機發(fā)現(xiàn)了一個突然變亮的點。作為一顆超新量候選體，它被命名為iPTF14hls。按照傳統(tǒng)的超新星研究過程，應該迅速尋找大口徑望遠鏡進行光譜證認。出于某些原因，iPTF并未公布該超新星的發(fā)現(xiàn)信息，也沒有啟動后續(xù)的監(jiān)測。

　　兩個月后，另外一個超新星巡天卡特琳娜實時瞬變源巡天于2014年11月18日獨立發(fā)現(xiàn)了該超新星的爆發(fā)。因為看起來亮度變化不大，天文學家沒有對這顆超新星更進一步關(guān)注。

　　2015年的第一天，國家天文臺與清華大學聯(lián)合開展的超新星巡天項目探測到了這顆超新星的再次變亮，并于2015年1月8日利用國家天文臺2.16米望遠鏡觀測了它的第一條光譜。光譜顯示，這是一顆ⅡP型超新星。這類超新星在爆發(fā)時包含有大量的氫和氦元素，其亮度會在爆發(fā)后50—100天保持緩慢變化。這與之前的觀測相符合。因此我國超新星研究者判斷這是一顆普通的ⅡP型超新星，再次錯失了這個重大發(fā)現(xiàn)。

　　100天后，iPTF14hls迎來了第三次的亮度增加，大量的望遠鏡將鏡頭對準“事發(fā)地點”，開始對iPTF14hls進行集中觀測。此后的300天內(nèi)，科學家又探測到至少兩次亮度增加的現(xiàn)象。也就是說，在長達600多天的時間內(nèi)，這顆超新星至少5次突然變亮，然后又暗淡下去。

　　iPTF14hls所在的星系有個長長的名字SDSS J092034.44+504148.7，它距離地球約4億光年。之所以科學家對這個星系的距離并不十分確定，是因為它實在是太過暗淡、太過平淡無奇，因此之前從未有望遠鏡專門對準它。而超新星iPTF14hls五次爆發(fā)的“事跡”在天文界前所未有，才讓iPTF14hls和它所在的星系成為科學家們關(guān)注的焦點。

　　恒星生命的終點

　　超新星是恒星終結(jié)生命的一種形式。當恒星耗盡其內(nèi)部核反應原料時，會開始不可阻擋地塌縮，隨后產(chǎn)生劇烈的爆發(fā)。爆發(fā)會讓恒星的亮度迅速增加10個量級以上，并將恒星的大部分物質(zhì)以上萬公里/秒的速度拋射到空曠的宇宙中。在宇宙空間中，每秒鐘都有一次超新星爆發(fā)在上演，而人類所有的探測設(shè)備集中在一起也只發(fā)現(xiàn)其中的十萬分之一。現(xiàn)有的超新星觀測數(shù)據(jù)顯示，絕大部分超新星會在爆發(fā)后的幾十天到1年內(nèi)，亮度下降到觀測儀器的探測極限以下，最終從我們的視野中消失，遺留下一個中子星或者黑洞，又或者尸骨無存。

　　超新星這個名詞的出現(xiàn)至今不到百年時間。上世紀末最后十年，SN 1987A爆發(fā)、超新星作為標準燭光測量宇宙以及部分超新星與伽馬暴成協(xié)等重要科學發(fā)現(xiàn)一一出現(xiàn)，使越來越多科學家將目光聚焦到超新星。

　　根據(jù)光度變化曲線和光譜特征，超新星可以被分為很多類型。其中所占比例最大的兩類，分別是來源于主序質(zhì)量到達8—16個太陽質(zhì)量紅巨星爆發(fā)的ⅡP型，和吸積伴星質(zhì)量達到質(zhì)量極限最終爆發(fā)的Ia型。最近十年，隨著更多大視場超新星巡天項目的開展，越來越多的特殊超新星被發(fā)現(xiàn)，為超新星研究揭開了新的篇章。

　　不斷復活的“僵尸”超新星

　　一般來說，超新星爆發(fā)后會在幾天或者幾周內(nèi)達到光度極大，然后逐漸暗淡。當然，凡事有例外，超新星在爆發(fā)后出現(xiàn)多次光度增亮現(xiàn)象也曾有過先例，比如著名的SN 1987A和1993J。

　　iPTF14hls被天文學家戲稱為“僵尸”超新星。它在演化的終點遲遲不肯離去，多次爆發(fā)。到底是什么讓它一再“復活”？

　　對于超新星再次變亮，天文學家有多種解釋。首先是適用于最多場景的鎳元素56號同位素的衰變。在演化的最后階段，恒星會在高溫高壓狀態(tài)下合成鎳元素的56號同位素，之后它會通過放射性衰變，緩慢地變?yōu)殂t和鐵，并釋放能量，使超新星再次變亮。SN 1987A和1993J再次變亮的機制就與這種機制類似，但它一般只會使超新星產(chǎn)生一到兩次的亮度增加。其次，如果超新星爆發(fā)時，其周圍有一個前身星星風吹出的物質(zhì)殼層，那么當爆發(fā)拋出的物質(zhì)進入這些殼層后，會與這些殼層發(fā)生相互作用，加熱這些物質(zhì)使其發(fā)出輻射。輻射提供的能量會使超新星的亮度下降速度減緩，并且會伴隨有射電和X射線的輻射。但對iPTF14hls的觀測并沒有探測到射電或者X射線的輻射。第三種可能，如果超新星爆發(fā)后形成一個高速旋轉(zhuǎn)的、磁場較強的中子星，這樣的中子星會因為旋轉(zhuǎn)速度的減緩，使其旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為輻射能，為超新星的輻射注入新的能量。但這樣的能量注入一般是單次的，也無法解釋iPTF14hls的5次變亮，而且現(xiàn)有的模型也不支持包含有大量氫元素的恒星產(chǎn)生這樣的高速強磁場中子星。

　　研究表明，在爆發(fā)之前，iPTF14hls可能是一顆質(zhì)量超過100個太陽質(zhì)量的低金屬豐度恒星。這種恒星生命晚期會在特定的條件下產(chǎn)生正負電子對，使得恒星的狀態(tài)方程發(fā)生變化，導致其不穩(wěn)定性增加，進而拋出部分外層物質(zhì)，并重新達成穩(wěn)定的狀態(tài)方程。多次重復這個過程就會在超新星外部形成多重殼層。最終恒星徹底死亡爆發(fā)后，拋出的物質(zhì)與不同殼層的相互作用就會產(chǎn)生iPTF14hls的奇特光變曲線。

　　遺憾的是，該模型預言超新星在爆發(fā)時將損失絕大多數(shù)氫元素，這與iPTF14hls光譜中發(fā)現(xiàn)較強的氫譜線相悖，而且模型預計的爆發(fā)總能量比實際觀測到的要低一個量級。如此看來，該模型也不是iPT14hls這類奇特超新星爆發(fā)的最終答案。未來更多與iPTF14hls類似的超新星的早期觀測數(shù)據(jù)，加上日益完備的恒星演化模型，也許會讓我們發(fā)現(xiàn)恒星的一種新死法。（作者系國家天文臺副研究員）