科学家首次发现电子俘获超新星
证实了几十年前的预测,科学家们发现了一种称为电子捕获超新星(右侧大白点)的恒星爆炸的第一个明显例子。J. DEPASQUALE, LAS CUMBRES 天文台, NASA, STSCI

一场预测已久的宇宙爆炸终于爆发了。

研究人员发现了令人信服的电子捕获超新星证据,这是一种当原子核吸收恒星核心内的电子时点燃的恒星爆炸。这种现象于 1980 年首次被预测,但科学家们从未确定他们是否见过。科学家于 6 月 28 日在《自然天文学》杂志上报告说,2018 年出现在天空中的耀斑称为超新星 2018zd,与爆炸的几个预期特征相符。

布达佩斯康科利天文台的天体物理学家卡罗琳·多尔蒂(Carolyn Doherty)没有参与这项研究,他说:“这些已经被理论化了很长时间,现在我们真的看到了,真是太好了。”

电子捕获超新星是由位于爆炸边缘的恒星产生的。在核心内的核聚变反应停止后,质量超过太阳质量 10 倍的恒星会变成超新星,并且恒星不再能够抵抗重力。核心向内塌陷然后反弹,导致恒星的外层向外爆炸(SN:2/8/17)。小于 8 个太阳质量的较小恒星能够抵抗坍缩,而是形成一个称为白矮星的致密物体(SN:6/30/21)。但是在大约 8 到 10 个太阳质量之间,恒星的中间地带知之甚少。对于落入该范围内的一些恒星,科学家长期以来一直怀疑应该发生电子捕获超新星。

在这种类型的爆炸中,恒星核心内的氖核和镁核会捕获电子。在这个反应中,电子消失,质子转化为中子,原子核变成另一种元素。电子捕获对恒星对抗重力的战争来说是个坏消息,因为这些电子正在帮助恒星对抗崩溃。

根据量子物理学,当电子紧密堆积在一起时,它们开始移动得更快。这些活泼的电子施加的压力与重力向内拉动相反。但是如果恒星内部的反应减少了电子数量,这种支持就会减弱。如果恒星的核心让位 – 繁荣 – 就会引发电子捕获超新星。

但是没有观察到这样的爆炸,它仍然是理论上的。“这里最大的问题是,‘这种超新星真的存在吗?’”加州大学圣巴巴拉分校和 Las Cumbres 天文台的天体物理学家 Daichi Hiramatsu 说。潜在的电子捕获超新星之前已经被报道过,但是证据不是确定的。

因此,Hiramatsu 及其同事列出了电子捕获超新星应满足的六个标准。例如,与更典型的超新星相比,爆炸应该能量较低,并且应该形成不同种类的化学元素。Supernova 2018zd 勾选了所有方框。

一次运气帮助该团队解决了这个案子。大多数情况下,当科学家发现超新星时,他们对产生它的恒星知之甚少——当他们看到爆炸时,这颗恒星已经被炸成碎片。但在这种情况下,这颗恒星出现在美国宇航局哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜之前拍摄的图像中。它的特性与产生电子捕获超新星的恒星类型相匹配。

“总的来说,这确实非常有希望,”巴塞罗那理工大学的天体物理学家 Pilar Gil-Pons 说。她说,阅读研究人员的结果后,“我感到非常兴奋,尤其是对祖先的鉴定。” 

发现更多这些超新星可能有助于揭示它们的祖先,在那个奇怪的质量中间地带不合适的恒星。它还可以帮助科学家更好地确定会爆炸和不会爆炸的恒星之间的鸿沟。观测结果可以揭示这些不寻常的超新星发生的频率,这是更好地了解超新星如何用化学元素播种宇宙的重要信息。

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