一颗独特超新星“惊艳”天文学家，揭示了恒星的内部层次

2021年9月，美国西北大学的天体物理学家史蒂夫·舒尔茨（Steve Schulze）正在仔细研究天文数据。其中一个事件——一个距离地球约22亿光年、极其明亮的物体——引起了他的注意。

如今，在一项上周发表于《自然》期刊的研究中，舒尔茨及其团队报告称，该物体是一个不同寻常的超新星，它首次提供了一个窥视恒星内部深层结构的窗口。“我被迷住了，”舒尔茨告诉《国家报》的曼努埃尔·安塞德（Manuel Ansede）。

舒尔茨一直在筛选齐威来瞬变巡天（Zwicky Transient Facility，ZTF）的观测数据。ZTF使用广角相机扫描夜空，监测短暂的天文现象。

他发现的天体，一个被团队命名为SN2021yfj的超新星，初看就很有趣。但为了解更多信息，研究人员需要ZTF无法提供的数据。他们开始联系世界各地的望远镜设施，寻找该事件的光谱。

光谱会将SN2021yfj等天体发出的分散光分解成其组成颜色。每种颜色代表超新星爆炸中存在的元素，通过研究这些元素，科学家们可以更深入地了解恒星及其毁灭性的结局。然而，寻找光谱的过程比他们预期的要困难得多。许多望远镜当时无法使用，或者被云层遮挡。

“我们认为我们完全失去了获得这些观测数据的机会，”西北大学天文学家、该研究的合著者亚当·米勒（Adam Miller）在一份声明中说。“所以，我们带着失望去睡觉了。但第二天早上，一位加州大学伯克利分校的同事出乎意料地提供了一个光谱。如果没有那个光谱，我们可能永远不会意识到这是一个奇怪而不同寻常的爆炸。”

来自夏威夷W. M. Keck天文台的光谱证实了他们最初的直觉：SN2021yfj确实值得努力。与天文学家期望在光谱中看到的氦、氮、碳和氧不同，这个光谱揭示了更重的元素：硅、硫和氩。这就像在爆炸发生前，有什么东西剥离了恒星较轻的外层，暴露了其深层内部。

根据这项研究，在所有观测和编目的超新星中，这是第一例。超新星根据其光谱中看到的元素分为不同的类别，而从未发现过具有如此相似光谱的超新星。

“我们知道超过10,000颗超新星，但我们探测到了一颗与我们之前观测到的任何东西都截然不同的超新星，”舒尔茨告诉《纽约时报》的乔纳森·奥卡拉汉（Jonathan O’Callaghan）。“我们不知道可以将恒星剥离到如此极端的程度。”

以下是天文学家认为发生的情况：起初是一个比太阳大60倍的巨大恒星，在数千年里，其燃烧核心的元素层被不断剥离。最外层是氢和氦等最轻的元素。在它们之下是硅和硫等较重的元素。光谱捕捉到了超新星期间恒星致密的铁核爆炸，照亮了之前被剥离的其他元素。

这一发现支持了天文学家长期以来设想的恒星结构分层模型。“我们一直都这样建模，”未参与该研究的澳大利亚国立大学（Australian National University）天体物理学家布拉德·塔克（Brad Tucker）告诉澳大利亚广播公司（Australian Broadcasting Corporation）的艾伦·菲迪安（Ellen Phiddian）。“我们的核物理理解提供了证据。这就是证明该模型和这种观点是正确的根本证据。”

研究人员仍然不确定是什么导致了这颗特定超新星独特的外层元素剥离。一种理论是，随着这颗巨大恒星的核心在自身引力作用下被压缩，它变得越来越热、越来越致密，直到触发了强烈的核聚变，导致爆炸将最外层推开。随着这个过程的重复，越来越多的层被剥离。他们还在调查其他潜在的可能性，例如与伴星的相互作用。

然而，为了确定其机制，天文学家将需要更多来自更多超新星的数据。幸运的是，像智利薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）这样新的设施正在承担这项任务。塔克告诉澳大利亚广播公司，过去天文学家每年只能观测到大约100颗超新星，总共记录了约10,000个超新星事件。这种情况很快就会改变。

哈佛-史密森学会天体物理中心（Center for Astrophysics, Harvard and Smithsonian）的天体物理学家安雅·纳根特（Anya Nugent）告诉《纽约时报》：“鲁宾天文台每天将探测数千颗超新星。”

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