天文学家首次观察到一颗恒星“死亡”后爆炸成超新星的情况

一个天文学家小组通过夏威夷的两个天文台的“眼睛”观察了这一戏剧性事件的发生：位于毛伊岛哈雷阿卡拉的Pan-STARRS和位于夏威夷岛茂纳克亚的W.M.凯克天文台。他们的观测是年轻超新星实验（YSE）瞬态调查的一部分。他们在超新星引爆前的最后130天里观察了这个名为SN 2020tlf的超新星爆炸。

介绍这一发现的论文发表在《天体物理学杂志》上，主要作者是加州大学伯克利分校的国家科学基金会研究生研究人员Wynn Jacobson-Galan。

Jacobson-Galán在一份新闻稿中说：“这是我们对大质量恒星在死亡前一刻所做事情的理解上的一个突破。直接探测到红超巨星的超新星前活动，以前从未在普通的II型超新星中观察到。我们第一次观看了一颗红超巨星的爆炸！”

这一发现可以追溯到2020年的夏天。当时，这颗恒星经历了一次亮度的急剧上升。Pan-STARRS探测到了这一增亮，当秋天到来时，这颗恒星爆炸了，成为SN 2020tlf。这颗超新星是一颗II型超新星，一颗巨大的恒星经历了快速坍缩，然后爆炸。

研究小组利用凯克天文台的低分辨率成像光谱仪（LRIS）捕捉到了这颗超新星的第一个光谱。LRIS的数据显示，当这颗恒星爆炸时，它周围有环状物质。这些物质很可能是Pan-STARRS在该星爆炸前的夏天看到的喷射物。

高级作者、加州大学伯克利分校天文学副教授Raffaella Margutti说：“Keck在提供一颗大质量恒星过渡到超新星爆炸的直接证据方面发挥了作用。这就像在看一颗滴答作响的定时炸弹。我们从来没有证实过在一颗垂死的红超巨星中发生如此剧烈的活动，我们看到它产生了如此明亮的发射，然后坍塌和燃烧，直到现在。”

爆炸之后，研究小组转向其他Keck仪器继续观察。来自深部成像和多目标光谱仪（DEIMOS）和近红外埃切莱特光谱仪（NIRES）的数据显示，这颗恒星的质量是太阳的10倍以上。这颗恒星位于大约1.2亿光年外的NGC 5731星系中。

该研究小组的观察导致了对II型超新星及其原生星的一些新认识。在这些观测之前，没有人见过红超巨星显示出如此尖锐的亮度，并在爆炸前经历了如此强大的喷发。它们在最后的日子里要平静得多，仿佛“接受了自己的命运”。

红超巨星在核心坍缩前会喷射出物质。但是这种物质喷出的时间尺度要比SN 2020tlf长得多。这颗超新星在坍缩前的130天内发射了环星物质（CSM），这让它成为了一个谜。这颗恒星爆炸前的明亮闪光与喷出的CSM有一定的关系，但研究小组并不确定它们是如何相互作用的。

这颗恒星在崩塌前的显著变化令人费解。该恒星在爆炸前发出的强大光爆表明，在其内部结构中发生了一些未知的事情。不管这些变化是什么，它们导致了在恒星坍缩和爆炸前的巨大气体喷出。

在他们的论文中，作者们讨论了可能导致气体喷出的原因。一种可能性是波浪驱动的质量损失，它发生在恒星演化的后期阶段。他们写道：“......在自爆前的最后几年，氧气或氖气燃烧激发的引力波可以使能量注入恒星外层，导致膨胀的包层或爆发性质量损失事件的发生。但是目前的波浪驱动模型并不符合原生星喷射气体的情况。它们与原生星最后130天的半径一致，但与发光体的爆发不一致。”

在他们论文的结论中，作者简明扼要地总结了事情：“考虑到从星云光谱中得出的恒星质量范围，增强的质量损失和前体发射很可能是深深扎根于恒星内部的不稳定性的结果，很可能与最后的核燃烧阶段有关。在氖/氧燃烧阶段产生的引力波或恒星最后130天的硅闪光所产生的能量沉积，可能将恒星物质喷射出来，然后在爆炸前的通量和早期超新星光谱中检测到。”

如果有一颗超新星有这样的表现，那么肯定还有更多。该小组的发现意味着像年轻超新星实验瞬态调查这样的调查现在有了一种方法，可以在未来找到更多的超新星。如果调查发现更多的恒星喷射出像这样的物质，那么他们就知道要密切关注它，看看它是否会坍缩和爆炸。

Jacobson-Galán说：“我最兴奋的是这次发现所揭开的所有新的‘未知数’。探测更多像SN 2020tlf这样的事件将极大地影响我们如何定义恒星演化的最后几个月，使观察家和理论家联合起来，寻求解决大质量恒星如何度过其生命的最后时刻的奥秘。”

关键词： 科学探索 天文学家首次观察到一颗恒星“死亡”后爆炸成超