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科学家发现新型恒星爆炸：“电子捕获超新星”

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据外媒报道，一个由拉斯昆布雷斯天文台科学家领导的全球团队发现了一种新型恒星爆炸的第一个令人信服的证据——“电子俘获超新星”。 虽然科学家提出这一理论已有 40 年，但现实世界中的例子一直很难找到。它们被认为是由大质量超渐近巨星 (SAGB) 的爆炸产生的，而且几乎没有证据证明这一点。这一发现也为公元1054年这颗超新星的千年之谜提供了新线索，这颗超新星在白天被世人看到，最终成为蟹状星云。

历史上，有两种主要类型的超新星。一个是热核超新星的爆炸，这是一颗在双星系统中获取物质的白矮星。这些白矮星是低质量恒星（质量不超过太阳 8 倍的恒星）在生命结束后留下的致密灰核。另一种主要类型的超新星是铁核坍缩超新星，即一颗质量超过太阳质量10倍的大质量恒星耗??尽其核燃料，其铁核坍缩形成黑洞或中子星。电子俘获超新星位于这两种超新星之间的边界上。当这些恒星的核心由氧、氖和镁组成时，它们就会停止核聚变；它们的质量不足以制造铁。

在“电子俘获超新星”中，氧-氖-镁核中的一些电子被撞击到它们的原子核中。这个过程称为电子捕获。这种电子的移除导致恒星的核心在其自身重量的作用下弯曲和坍塌，从而导致捕获电子的超新星的出现。如果恒星稍重，核心元素可能会融合，产生更重的元素并延长其寿命。因此，这是一种“反金发女郎效应”：恒星轻到无法逃脱核心坍塌的命运，重到无法延长生命，后来通过不同的方式死去。

这是东京大学的 Ken'ichi Nomoto 和其他人自 1980 年以来提出的理论。几十年来，理论家们已经制定了在电子捕获超新星及其 SAGB 原生质体中寻找的预测。这些恒星应该有很大的质量并在它们爆炸之前失去大部分质量，而这些接近“垂死”恒星的质量应该具有不寻常的化学成分。那么电子俘获超新星应该是微弱的，几乎没有放射性沉降物，并且其核心中含有富含中子的元素。

发表在 Nature-Astronomy 上的新研究由加州大学圣巴巴拉分校 (UCSB) 和拉斯坎布雷斯天文台 (LCO) 的研究生 Daichi Hiramatsu 领导。平松是全球超新星计划的核心成员，该计划是一个全球科学家团队，他们在世界各地和天空中使用数十台望远镜。研究小组发现超新星SN 2018zd具有许多不寻常的特征，其中一些特征是首次在超新星中发现。

超新星距离银河系 NGC 2146 相对较近——仅 3100 万光年远。这使研究团队能够检查哈勃太空望远镜在爆炸前拍摄的档案图像，并在爆炸前探测可能的前体恒星.观测结果与最近在银河系中发现的另一颗SAGB星一致，但与红色巨星的模型不一致，后者是普通铁核坍缩超新星的起源。

该研究回顾了所有已发表的超新星数据，发现虽然一些超新星有一些电子俘获超新星的预测指标，但只有SN 2018zd具备所有六项指标——一个明显的SAGB原生生物，一个强大的超新星锋面质量损失，不寻常的恒星化学成分，爆炸微弱，放射性小，核心富含中子。

“我们从一开始就问‘这是什么怪人’？”平松说。 “然后我们检查了 SN 2018zd 的各个方面，并意识到所有这些都可以在电子捕获方案中得到解释。”

新发现还揭示了过去最著名的超新星的一些奥秘。公元1054年，银河系中发生了一颗超新星。根据中国和日本的记载，它的亮度非常高，白天可以看到23天，晚上可以看到近两年。由此产生的残余物蟹状星云已经得到了非常详细的研究。它曾经是“电子俘获超新星”的最佳候选者，但这是不确定的，部分原因是爆炸发生在近一千年前。新的结果增加了人们对历史上的 SN 1054 是一颗电子捕获超新星的信心。这也解释了为什么超新星与模型相比相对明亮：它的亮度可能是由于超新星喷射与原生恒星喷射的物质发生碰撞而人为增强的，如 SN 2018zd 所示。

博士东京大学 Kavli IPMU 的 Ken Nomoto 对他的理论得到证实感到兴奋。他补充道：“我很高兴终于发现了电子俘获超新星。我和我的同事在 40 年前就预测到了它。它存在并与蟹状星云相连。我非常感谢为获得这些而付出的巨大努力观察。这是观察与理论结合的绝妙案例。”

Hiramatsu 补充道：“对我们所有人来说，这是一个‘尤里卡时刻’。我们可以为结束 40 年的理论周期做出贡献。就我个人而言，因为我的天文学生涯是从在高中图书馆看宇宙的惊人图片开始的。其中之一是哈勃太空望远镜拍摄的标志性蟹状星云。”

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2021/0712/1458.html