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一场壮观的超新星爆炸,比我们的太阳明亮了十亿倍,标志着一颗中子星的诞生,它围绕着它的热和密集的伴星。现在这两个密集的残余物注定要在大约十亿年内相互螺旋,最终合并并产生宇宙中一些最重的已知元素。
爆炸发生在一个类似于我们银河系的星系中,距离我们近9.2亿光年。加利福尼亚Palomar天文台的一台小型望远镜探测到了超新星的第一个光子 - 名为“iPTF 14gqr” - 爆炸发生几小时后,它比我们的太阳表面温度高出10倍以上。随着超新星的亮度在接下来的两周内演变,一支国际天文学家团队利用这些数据将爆炸的起源追溯到一颗半径是太阳的500倍的大质量恒星。
但不仅仅是巨星的巨大尺寸使这一发现特别值得注意。不寻常的是,这颗恒星似乎也是所有已知爆炸巨星中最轻的恒星。这颗巨大的恒星几乎被所有的质量所掠夺,可能是由一个密集的轨道伙伴。当它爆炸时,它留下了一颗新生的中子星,继续绕着它的同伴运行。
了解双星系统的形成,其中两颗超密星相互绕轨道一直是一个难题。产生这些密集的双星系统的这些转瞬即逝的超新星既罕见又难以发现,因为它们很快出现并消失在天空中 - 大约比典型的超新星快五倍。
我和他的同事在一项新研究中详细介绍了“超剥离”超新星的第一次观测,不仅提供了对这些系统形成的见解,而且揭示了这些独特的大质量恒星生命的最后阶段。在他们死之前掠夺他们所有的质量。
解决一个长期的谜团
出生时太阳质量超过太阳质量八倍的恒星很快就会耗尽燃料,并在生命结束时屈服于重力 - 坍塌在自己身上并在超新星中爆炸。当这种情况发生时,所有恒星的外层 - 太阳的质量的几倍 - 都是分散的。
当我开始与我的顾问Mansi Kasliwal合作时,作为一名新的研究生,我决定研究超新星,它会迅速消失亮度。挖掘iPTF发现的事件数据库,我遇到了iPTF 14gqr,这是一种快速褪色的超新星,在一年多前被发现但其真实的物理性质仍然是神秘的。
数据令人费解,因为我们的初步模型表明这颗超新星是由一颗巨大的巨星死亡引起的,但爆炸本身却非常懦弱。它只射出太阳质量的五分之一,而它的能量只是典型超新星的十分之一。所有缺失的物质和能量在哪里?
这些线索表明,在爆炸之前爆炸的恒星必须被剥去几乎所有的原始质量。但是这个巨星怎么可能偷了这么多东西呢?也许是一个看不见的二元伴侣?
当我第一次看到“超剥离超新星”的想法时,我开始阅读有关罕见的双星情景。
超剥离的超新星
当一颗巨大的恒星有一颗密集且附近的二元伴星时,同伴的强烈引力可以在它爆炸之前抢夺其几乎所有质量的毫无防备的邻居 - 因此称为“超剥离”。
超剥离的超新星留下了一颗中子星,这是一颗快速旋转的致密恒星尸体,其中的太阳质量远远超过了洛杉矶市中心大小的太阳。这颗中子星被困在同伴周围的一个紧密的轨道上。同伴可能是另一颗中子星,甚至是一颗白矮星或黑洞,它是由一颗巨大的恒星形成的,它在它的同伴之前数百万年就死了。
几十年来,这种二元系统一直是天体物理学研究的重要领域。我们用光学和射电望远镜在我们自己的星系中直接观察到了许多这样的系统。引力波的第一次间接检测来自双中子星系统的观测。最近,双重中子星系统的首次合并在2017年被先进的LIGO和电磁波探测到,使天文学家对重力作用和宇宙中重元素的起源有独特的见解。
然而,二元恒星如何形成仍然是一个谜。我们知道中子星是在超新星爆炸中形成的。但是,为了获得二元中子星,你需要一个两个大质量恒星的二进制开始。然而,它需要精确的力平衡,以确保二元中子星保持足够稳定,以承受产生系统的两次猛烈爆炸。
几行间接证据表明它们是在一种非常罕见的弱超剥离超新星爆炸中形成的。但到目前为止,这些微弱的爆炸还没有直接发现。这个超剥离超新星的第一个观测证据为理解紧中子星二元系统的形成提供了机会。
扫描天空进行婴儿爆炸
在中间Palomar瞬态工厂(iPTF)调查期间发现了我们的超新星。自动化的iPTF调查使用安装在1米大小望远镜上的大型摄像机每晚拍摄天空照片并扫描“新星”。搜索优先考虑寻找婴儿超新星并精确定位原点。
每当发现新恒星时,测量机器人会立即向位于完全不同时区的值班天文学家发出警报,以便跟进。这一战略与全球望远镜网络一起,使我们能够抓住几颗爆炸的恒星,并在爆炸前了解它们的样子。事实上,在爆炸发现后发现罕见的超剥离超新星时刻是一个幸运的巧合!
这一单一事件为我们提供了对这种爆炸释放的质量和能量,大质量恒星的生命周期以及双星的形成的第一次见解。然而,从这些事件的更大样本中可以学到更多东西。
凭借Zwicky Transient Facilty--可以快速扫描天空的iPTF的继承者 - 以及一个名为GROWTH的全球望远镜网络,我们希望能够见证更多超剥离的爆炸,开始了解这些独特星系的新一集。
本文最初发表于Kishalay De的The Conversation。阅读原文。