马德里,19(欧洲出版社)
由于一种新的天文观测方法,可以在超新星发生后的数小时内分析其第一次闪光以确定其起源。
在我们肉眼和天文仪器看来,超新星就像是天空中突然出现的明亮闪光,在之前一片漆黑的地方。这种闪光是由恒星的巨大爆炸引起的。
由于超新星突然出现且不可预测,长期以来人们一直难以研究它,但如今,由于对天空进行广泛、持续和频繁的调查,天文学家几乎每天都能发现新的超新星。
然而,制定及时检测它们的协议和方法至关重要;只有这样,我们才能了解引发它们的事件和天体。
在一项先导研究中,巴塞罗那空间科学研究所(ICE-CSIC)的Lluís Galbany及其同事提出了一种方法,使他们能够获得最早的超新星光谱,理想情况下是在超新星爆发后的48小时甚至24小时内。该研究结果发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。
超新星是标志着恒星生命最后阶段的巨大爆炸。根据其前身恒星的质量,超新星可分为两大类。“热核超新星是指初始质量不超过八个太阳质量的恒星,”该研究的第一作者加尔巴尼解释道。
这些恒星在超新星爆发之前,进化到的最高阶段是白矮星:它们是非常古老的天体,不再拥有活跃的、产热的核心。由于一种名为电子简并压力的量子效应,白矮星可以长时间保持平衡。
他继续说道,如果这样的恒星位于双星系统中,它就能吸收伴星的物质。额外的质量会增加内部压力,直到白矮星爆发成为超新星。
“第二大类是质量超大恒星,即质量超过八个太阳的恒星,”加尔巴尼说道。它们依靠核心的核聚变发光,但一旦恒星燃烧越来越重的原子,达到核聚变不再产生能量的程度,核心就会坍缩。此时,恒星会因为引力不再抵消而坍缩;快速收缩会急剧增加内部压力,从而引发爆炸。
爆炸后的最初几个小时和几天保存着关于前身系统的直接线索:这些信息有助于区分不同的爆炸模式、估算关键参数以及研究当地环境。“我们越早发现它们,就越好,”加尔巴尼指出。
几天或几周
从历史上看,获取如此早期的数据非常困难,因为大多数超新星都是在爆炸发生几天或几周后才被发现的。现代广域高速巡天技术覆盖了大片天空,并频繁地对其进行重访,正在改变这种观念,使人们能够在短短几小时或几天内就发现它们。要充分利用这些巡天技术,仍然需要制定规程和标准,Galbany 的团队利用加那利大望远镜 (GTC) 的观测结果测试了这些规则。他们的研究报告了 10 颗超新星:一半是热核爆炸的,一半是核心坍缩的。大多数是在预计爆炸发生后六天内观测到的,其中两颗是在 48 小时内观测到的。
该方案首先基于两个标准进行快速候选搜索:明亮信号必须不存在于前一晚的图像中,且新源必须位于星系内。当两个条件都满足时,团队将启动 GTC 的 OSIRIS 仪器获取光谱。
“例如,超新星光谱可以告诉我们这颗恒星是否含有氢,这意味着我们正在处理一颗核心坍缩型超新星,”加尔巴尼解释道。
了解超新星最初时刻的状态还可以探索同一物体的其他类型数据,例如研究中用到的兹维基瞬变设施(ZTF)和小行星陆地撞击最后警报系统(ATLAS)的光度测定。
这些光变曲线显示了初始阶段亮度是如何增长的;如果观测到小的凸起,则可能意味着双星系统中的另一颗恒星被爆炸吸收了。进一步的验证基于其他天文台在同一天空区域的数据。
由于这项首项研究在48小时内就成功收集了数据,作者得出结论,更快的观测是可能的。“我们刚刚发表的是一项初步研究,”加尔巴尼说。