马德里,21(欧洲出版社)
根据发表在《自然》杂志上的一项利用凯克天文台光谱数据的研究,一次罕见的恒星爆炸揭示了重元素的核心,这对大质量恒星如何生存和死亡的理论提出了挑战。
对此,西北大学天体物理跨学科探索与研究中心(CIERA)的主要作者兼研究员史蒂夫舒尔茨表示,“这是第一次对恒星进行几乎剥离到其根基的观测”,并指出“它展示了恒星的结构,并证明它们在爆炸前会失去大量物质。”
他强调说:“它们不仅会失去最外层,而且还会剥离到核心,但仍然会产生我们可以从非常非常远的地方观察到的明亮爆炸。”
研究人员详细说明,当大质量恒星爆炸时,天体物理学家通常会发现氢和氦等轻元素的强烈特征。但这颗新发现的超新星(SN 2021yfj)却呈现出不同的化学特征,其中包含硅、硫和氩,这表明它在爆炸前不久剥离了由氢、氦、碳、氧、氖和镁组成的外层,暴露出了富含硅和硫的内层。
天文学家长期以来一直认为,大质量恒星具有类似洋葱的分层结构,最轻的元素位于最外层,向中心逐渐变重。
但SN 2021yfj的发现提供了巨星内部分层的直接证据。天文台表示,它还提供了一次“前所未有”的视角,让我们得以一窥这颗巨星的内部,这些照片是在它爆炸死亡前的瞬间拍摄到的。
对此,西北大学物理学和天文学助理教授、该研究的资深作者亚当·米勒补充道:“这颗恒星充分说明了关于恒星演化的思想和理论是多么的局限。” “这并不是说我们的教科书错了,但它们显然没有完全涵盖自然界发生的一切。一颗大质量恒星结束其生命的方式肯定有更多未被考虑到的奇特途径,”他说。
因此,天文台详细说明,质量比太阳重10到100倍的大质量恒星通过核聚变为自己提供燃料。在这个过程中,恒星核心的“强压和极热”导致较轻元素聚变,从而产生较重元素。
随着恒星的演化,较重的元素在核心中逐渐燃烧,而较轻的元素则在核心周围的一系列层中燃烧。这个过程持续下去,最终形成铁核。当铁核坍缩时,它会引发超新星爆发或形成黑洞。
“恒星会经历非常强烈的不稳定性,”舒尔茨说。“这些不稳定性非常剧烈,足以导致恒星收缩。然后,它会突然释放出大量的能量,以至于其外层脱落。这种情况可能会发生多次,”他解释道。
这些科学家于2021年9月使用位于南加州帕洛玛山的兹维基瞬变实验装置(ZTF)的广角相机发现了SN 2021yfj。在分析了ZTF的数据后,舒尔茨在距离地球22亿光年的恒星形成区发现了一个极其明亮的物体。舒尔茨和米勒随后试图获取该物体的光谱,以确定爆炸中存在哪些元素。
科学家们发现,这颗超新星的光谱中,并非像其他无碳超新星那样,通常由碳和氧构成,而是以硅、硫和氩的强烈信号为主。核聚变会在大质量恒星生命的最后阶段,在其深处产生这些较重的元素。
“这颗恒星失去了其一生中产生的大部分物质。因此,我们只能看到爆炸前几个月形成的物质。一定是发生了一些非常剧烈的事情才导致了这种情况,”舒尔茨说。
米勒总结道:“我们仍然不完全了解大自然是如何产生这次特殊爆炸的。这颗恒星凸显了发现更多此类罕见超新星的必要性,以便我们能够继续研究它们。”