清華師生揭密恒星消亡爆發(fā)的瞬態(tài)

清華新聞網(wǎng)12月4日電 超新星爆發(fā)代表特定類型恒星演化到末態(tài)的災(zāi)變爆發(fā)現(xiàn)象。20年前人們通過研究一類由碳元素和氧元素組成的白矮星的熱核爆炸天體（被稱為Ia型超新星）而發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，從而推測宇宙中存在暗能量。但科學(xué)家對(duì)這類天體爆發(fā)前的星體（前身星）性質(zhì)仍然缺乏深入了解。這類爆發(fā)的早期觀測對(duì)理解其前身星系統(tǒng)至關(guān)重要。但恒星死亡的時(shí)間無法提前預(yù)知，因此很難獲得其爆發(fā)早期的信息。

近日，清華大學(xué)物理系王曉鋒教授研究組與國內(nèi)外近130位天文學(xué)家組成的合作組利用美國Kepler空間望遠(yuǎn)鏡成功探測到了一顆來自巨蟹座UGC4780星系的Ia型超新星（被國際天文學(xué)會(huì)命名為SN 2018oh，見圖1）爆發(fā)的瞬態(tài)特征。這是人類首次觀測到這類源于致密白矮星的完整爆發(fā)過程，開普勒空間望遠(yuǎn)鏡每30分鐘1次的高頻率觀測讓科學(xué)家捕捉到其前身星爆炸死亡的最后時(shí)刻。

圖1左：超新星爆發(fā)前的星系UGC4780（圖像來源：斯隆數(shù)字巡天）；右：超新星SN 2018oh爆發(fā)后的星系UGC4780，Ia型超新星亮度可以達(dá)到普通恒星的數(shù)十億倍，點(diǎn)亮整個(gè)星系（圖像來源：位于河北興隆的清華大學(xué)-國家天文臺(tái)80cm望遠(yuǎn)鏡）。

清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過分析全世界近20個(gè)天文臺(tái)對(duì)這顆爆發(fā)星體的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了在爆發(fā)早期點(diǎn)亮該超新星的能量可能存在兩種物理機(jī)制，同時(shí)提出該超新星爆發(fā)拋射物中從里到外均存在未燃燒的碳元素，這與已知的Ia型超新星不同。當(dāng)前流行的兩種理論模型（吸積和并合爆發(fā)模型，如圖2）均無法完全解釋SN 2018oh的性質(zhì)，這為Ia型超新星乃至超新星宇宙學(xué)的研究提供了新的線索和挑戰(zhàn)。

這項(xiàng)研究以《Ia型超新星2018oh爆發(fā)的光度和譜演化特性》為題發(fā)表在美國《天體物理學(xué)》（The Astrophysical Journal）期刊上。物理系2015級(jí)博士生李文雄為論文的第一作者，王曉鋒為該論文的通訊作者。因完成此項(xiàng)工作，李文雄受邀將于2019年1月的美國天文學(xué)會(huì)冬季會(huì)議（AAS Winter Meeting）上進(jìn)行口頭報(bào)告。

圖2上：白矮星吸收非致密伴星物質(zhì)，達(dá)到錢德拉塞卡質(zhì)量極限發(fā)生超新星爆炸（圖像來源：STFC/David Hardy）。下：兩顆白矮星繞轉(zhuǎn)最終并合爆發(fā)為超新星。白色曲線表示兩顆白矮星在繞轉(zhuǎn)過程中以引力波形式損失能量，從而逐漸接近直至接觸。（圖像來源：NASA/Tod Strohmayer (GSFC)/Dana Berry (Chandra X-Ray Observatory))

整個(gè)國際合作組從不同的角度詳細(xì)研究了這顆爆炸星體的奧秘，共形成了３篇重要的學(xué)術(shù)論文，１篇發(fā)表在美國《天體物理學(xué)快報(bào)》（The Astrophysical Journal Letters），２篇發(fā)表在美國《天體物理學(xué)》（The Astrophysical Journal），其中包括上面提到的清華大學(xué)物理系研究組主導(dǎo)完成的成果。美國國家航空航天局（NASA）網(wǎng)站對(duì)此系列工作進(jìn)行了全面報(bào)道（清華師生的論文全文及NASA報(bào)道見文末鏈接）。

本工作得到了國家自然科學(xué)基金委、馬化騰基金會(huì)、清華大學(xué)自主科研項(xiàng)目的支持。

參與這項(xiàng)研究工作的國內(nèi)研究單位還包括中科院云南天文臺(tái)、國家天文臺(tái)、紫金山天文臺(tái)、上海交通大學(xué)等研究人員。參與這項(xiàng)研究工作的國外研究單位主要有匈牙利康科利天文觀測臺(tái)，美國航空航天局開普勒Spacecraft團(tuán)隊(duì)、Kepler 2團(tuán)隊(duì)，拉斯昆布雷斯天文臺(tái)、亞利桑那大學(xué)等。

論文鏈接：

https://arxiv.org/pdf/1811.10056.pdf

NASA對(duì)SN 2018oh研究的報(bào)道：

https://www.nasa.gov/feature/ames/kepler-s-supernova-experiment-captures-first-moments-of-a-dying-star

供稿：物理系 編輯：華山 審核：襄楠