2023年5月21日，在超新星2023ixf的接近揭示光到達(dá)地球四天后，風(fēng)車星系，新星或稱梅西耶101。爆炸鳴謝:uux.cn/史蒂文·貝拉維亞
（神秘的恒星何演化地球uux.cn）據(jù)加州大學(xué)伯克利分校（羅伯特·桑德斯）：亞歷克斯·菲利彭科是那種會(huì)帶著望遠(yuǎn)鏡去派對(duì)的人。一如既往，年最在今年5月18日的接近揭示一場(chǎng)晚會(huì)上，他用星團(tuán)和彩色星系的新星圖像——包括引人注目的螺旋風(fēng)車星系——讓主人驚嘆不已，并拍下了每一張望遠(yuǎn)鏡照片。爆炸
直到第二天下午晚些時(shí)候，恒星何演化他才得知在風(fēng)車星系剛剛發(fā)現(xiàn)了一顆明亮的年最超新星。你瞧，接近揭示他也在前一天晚上11點(diǎn)捕捉到了它——在5月19日日本業(yè)余天文學(xué)家板垣幸一發(fā)現(xiàn)爆炸前11個(gè)半小時(shí)。新星
幾個(gè)小時(shí)后，爆炸加州大學(xué)伯克利分校的恒星何演化天文學(xué)教授菲利彭科、研究生謝爾蓋·瓦西里耶夫和博士后楊熠在漢密爾頓山的加州大學(xué)利克天文臺(tái)推出了他們計(jì)劃的觀測(cè)結(jié)果，以專注于這顆爆炸的恒星，這顆恒星被命名為SN 2023ixf。他們和其他數(shù)百名天文學(xué)家渴望觀察自2014年以來距離地球僅2100萬光年的最近的超新星。
這些觀測(cè)是有史以來對(duì)超新星偏振光的最早測(cè)量，更清楚地顯示了恒星爆炸的演變形狀。來自遙遠(yuǎn)光源(如超新星)的光的偏振提供了關(guān)于發(fā)光物體幾何形狀的最佳信息，即使對(duì)于無法空間分辨的事件也是如此。
“一些恒星在爆炸前會(huì)經(jīng)歷波動(dòng)——間歇性的行為會(huì)溫和地噴射出一些物質(zhì)——因此當(dāng)超新星爆炸時(shí)，沖擊波或紫外線輻射會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)發(fā)光，”Filippenko說。“光譜偏振測(cè)定法最酷的一點(diǎn)是，我們得到了星周物質(zhì)形狀和范圍的一些指示。”
光譜偏振數(shù)據(jù)講述了一個(gè)故事，與當(dāng)前關(guān)于一顆比我們的太陽大10至20倍的紅色超巨星最后幾年的場(chǎng)景一致:爆炸的能量照亮了恒星在過去幾年中釋放的氣體云；然后噴出物穿過這種氣體，最初垂直于星周物質(zhì)的主體；最后，噴出物吞沒了周圍的氣體，演變成快速膨脹但對(duì)稱的碎片云。
爆炸是一種II型超新星，由一顆大質(zhì)量恒星的鐵芯坍塌產(chǎn)生，可能留下了一顆致密的中子星或黑洞。這種超新星被用作可校準(zhǔn)的蠟燭來測(cè)量到遙遠(yuǎn)星系的距離和繪制宇宙地圖。
由加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)副教授Ryan Chornock領(lǐng)導(dǎo)的另一組天文學(xué)家使用Lick天文臺(tái)的同一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡收集了光譜數(shù)據(jù)。研究生Wynn Jacobson-Galán和Raffaella Margutti教授分析了這些數(shù)據(jù)，以重建這顆恒星爆炸前和爆炸后的歷史，并發(fā)現(xiàn)了它在坍縮和爆炸前三到六年釋放氣體的證據(jù)。爆炸前釋放或噴出的氣體量可能占其總質(zhì)量的5%，足以形成一團(tuán)致密的物質(zhì)云，超新星爆發(fā)物必須穿過這些物質(zhì)云。
雅各布森-加蘭說:“我認(rèn)為這顆超新星將使我們?cè)S多人更加詳細(xì)地思考整個(gè)紅巨星群體的微妙之處，這些紅巨星在爆炸前失去了大量物質(zhì)，并挑戰(zhàn)我們關(guān)于質(zhì)量損失的假設(shè)。”“這是一個(gè)完美的實(shí)驗(yàn)室，可以更詳細(xì)地了解這些爆炸的幾何形狀和質(zhì)量損失的幾何形狀，這是我們已經(jīng)感到無知的東西。”
Vasylyev說，對(duì)II型超新星如何演變的進(jìn)一步了解有助于改進(jìn)它們?cè)谂蛎浀挠钪嬷凶鳛榫嚯x測(cè)量的用途。
描述這些觀察的兩篇論文已經(jīng)被《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》接受發(fā)表。Margutti和Chornock是這兩篇論文的合著者，這兩篇論文目前可在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上獲得。
迄今為止研究最多的超新星之一
在超新星的光到達(dá)地球后的三個(gè)多月里，大約有36篇關(guān)于它的論文被提交或發(fā)表，隨著來自爆炸的光繼續(xù)到達(dá)和各種望遠(yuǎn)鏡的觀察結(jié)果被分析，更多的論文將會(huì)出現(xiàn)。
“在II型超新星的世界里，從硬X射線到軟X射線到紫外線，基本上每個(gè)波長(zhǎng)都被探測(cè)到是非常罕見的。到光學(xué)，近紅外，無線電，毫米。所以這真是一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，”伯克利物理學(xué)和天文學(xué)教授Margutti說。“這些文件是一個(gè)故事的開始，第一章。現(xiàn)在我們正在書寫那顆星星的故事的其他篇章。”
“這里的大問題是，我們想把一顆恒星的生存方式和死亡方式聯(lián)系起來，”Chornock說。“鑒于這一事件的接近性，它將允許我們挑戰(zhàn)我們?cè)谘芯看蠖鄶?shù)其他超新星時(shí)必須做出的簡(jiǎn)化假設(shè)。我們有如此豐富的細(xì)節(jié)，我們必須找出如何將它們結(jié)合起來，以了解這個(gè)特定的物體，然后這將為我們了解更廣闊的宇宙提供信息。”
位于圣何塞附近的漢密爾頓山頂上的利克天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡對(duì)于天文學(xué)家們收集這顆超新星的完整圖像至關(guān)重要。Shane 120英寸望遠(yuǎn)鏡上的Kast光譜儀能夠從普通光譜儀快速切換到光譜偏振儀，這使得Vasylyev和Filippenko能夠獲得光譜及其偏振的測(cè)量結(jié)果。由Jacobson-Galán、Chornock和Margutti領(lǐng)導(dǎo)的小組使用了40英寸鎳望遠(yuǎn)鏡上的Kast攝譜儀和光度計(jì)，光度測(cè)量(亮度測(cè)量)也是通過年輕超新星實(shí)驗(yàn)合作組織從夏威夷的Pan-STARRS望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的。
物體發(fā)出的光的偏振，即電磁波電場(chǎng)的方向，攜帶著關(guān)于物體形狀的信息。例如，來自球?qū)ΨQ云的光將不會(huì)偏振，因?yàn)殡妶?chǎng)對(duì)稱地抵消了。然而，細(xì)長(zhǎng)物體發(fā)出的光會(huì)產(chǎn)生非零偏振。
雖然對(duì)超新星的偏振測(cè)量已經(jīng)進(jìn)行了三十多年，但很少有人離得足夠近——因此也足夠亮——來進(jìn)行這種測(cè)量。沒有其他超新星像SN 2023ixf那樣在爆炸后1.4天被觀測(cè)到。
這些觀察產(chǎn)生了一些驚喜。
“最令人興奮的是，這顆超新星在早期顯示出非常高的連續(xù)極化，接近1%，”Vasylyev說。"這聽起來像是一個(gè)小數(shù)字，但實(shí)際上這是對(duì)球?qū)ΨQ的巨大偏離."
根據(jù)偏振強(qiáng)度和方向的變化，研究人員能夠確定爆炸恒星演化的三個(gè)不同階段。爆炸后的一至三天，光線主要來自星周介質(zhì)，可能是一個(gè)物質(zhì)圓盤或恒星早期釋放的不平衡氣體團(tuán)。這是由于爆炸產(chǎn)生的紫外線和X射線電離了周圍的氣體，以及恒星物質(zhì)穿過氣體，這就是所謂的沖擊電離。
“早些時(shí)候，我們說我們看到的大多數(shù)光來自某種非球形的星周介質(zhì)，它被限制在大約30 A.U .，”楊說。地球和太陽之間的平均距離是9300萬英里，這是一個(gè)天文單位。
在第3.5天，極化迅速下降了一半，然后一天后移動(dòng)了近70度，這意味著爆炸的幾何形狀發(fā)生了突變。他們將爆炸后4.6天的這一時(shí)刻解釋為爆炸恒星的噴出物從致密的星周物質(zhì)中爆發(fā)的時(shí)間。
“本質(zhì)上，它吞沒了星周物質(zhì)，你得到了這種花生狀的幾何結(jié)構(gòu)，”瓦西里耶夫說。“直覺告訴我們，赤道平面上的物質(zhì)密度更大，噴出物的速度會(huì)變慢，阻力最小的路徑將會(huì)朝向環(huán)星物質(zhì)較少的軸。這就是為什么你得到這個(gè)花生形狀與它爆炸的優(yōu)先軸對(duì)齊。”
在爆炸后的第5天到第14天，偏振保持不變，這意味著膨脹的噴出物淹沒了周圍氣體最稠密的區(qū)域，使得噴出物的發(fā)射超過了沖擊電離產(chǎn)生的光。
沖擊電離
Jacobson-Galán說，光譜演化大致符合這種情況。他和他的團(tuán)隊(duì)在爆炸后大約一天看到了恒星周圍氣體的排放，可能是由于噴出物猛烈撞擊星周介質(zhì)并產(chǎn)生電離輻射導(dǎo)致周圍氣體發(fā)光。對(duì)這種沖擊電離產(chǎn)生的光的光譜測(cè)量顯示了氫、氦、碳和氮的發(fā)射線，這是核心坍縮超新星的典型特征。
激波電離產(chǎn)生的發(fā)射持續(xù)了大約8天，之后有所減少，這表明激波已經(jīng)移動(dòng)到一個(gè)密度較低的空間區(qū)域，幾乎沒有氣體電離并重新發(fā)射，這與Vasylyev和Filippenko觀察到的情況類似。
Margutti指出，其他天文學(xué)家已經(jīng)查看了風(fēng)車星系的檔案圖像，發(fā)現(xiàn)在爆炸前的幾年中，有幾次祖星變亮，這表明紅巨星反復(fù)釋放氣體。這與她的小組觀察到的爆炸噴出物穿過這種氣體是一致的，盡管他們估計(jì)的密度比爆炸前波動(dòng)所暗示的密度小1000倍。
對(duì)其他觀察結(jié)果的分析，包括X射線測(cè)量，可以解決這個(gè)問題。
“這是一個(gè)非常特殊的情況，我們知道祖細(xì)胞以前在做什么，因?yàn)槲覀兛吹剿诰徛袷帲覀円呀?jīng)準(zhǔn)備好所有的探針，試圖重建星周介質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)，”她說。“我們知道它不可能是球形的。通過將輻射X射線與Wynn發(fā)現(xiàn)的以及Sergiy和Alex發(fā)現(xiàn)的放在一起，我們將能夠?qū)Ρㄓ幸粋€(gè)完整的了解。”
天文學(xué)家感謝眾多研究人員和學(xué)生的幫助，他們放棄了在Lick的觀測(cè)時(shí)間，使團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｗ⒂赟N 2023ixf，并感謝加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)副專家Thomas Brink的觀測(cè)協(xié)助。
Filippenko用Unistellar eVscope拍攝了SN 2023ixf的早期照片，這在業(yè)余愛好者中很受歡迎，因?yàn)橥h(yuǎn)鏡減少了背景光，因此允許在城市等光污染嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行夜間觀察。他和其他123名天文學(xué)家——大部分是業(yè)余愛好者——使用Unistellar望遠(yuǎn)鏡，最近發(fā)表了他們對(duì)這顆超新星的早期觀察。
“這個(gè)偶然的觀察是在天文學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行公共宣傳時(shí)獲得的，它表明這顆恒星的爆炸時(shí)間比板垣發(fā)現(xiàn)它的時(shí)間要早得多，”他說，并開玩笑地補(bǔ)充道，“我應(yīng)該立即檢查我的數(shù)據(jù)。”

(責(zé)任編輯：綜合)