科学家发现超新星（人类发现的第一颗超新星）

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科学家发现第三种超新星：或能解开蟹状星云起源

据外媒报道，科学颗超 一个国际天文学家小组观测到第一种新型超新星。现超新星新星这一发现证实了40年前的人类一个预测，这可能会对恒星的发现生与死产生新的认识 。这项研究于2021年6月28日发表在《Nature Astronomy》上。科学颗超

加州大学戴维斯分校物理和天文学教授Stefano Valenti是现超新星新星发现和描述超新星2018zd的团队成员，他指出：“天文学中的人类一个主要问题是比较恒星是如何演变和消亡的。由于还存在许多环节缺失，发现所以这非常令人兴奋。科学颗超”

目前已知的现超新星新星超新星有两种。当一颗质量是人类太阳10倍以上的大质量恒星耗尽燃料，其核心坍缩成黑洞或中子星时就会出现核心坍缩超新星。白矮星则是质量达到太阳质量8倍的恒星的残骸，当它爆炸时会产生热核超新星。

1980年，东京大学的Ken'ichi Nomoto预测了第三种超新星，称为电子捕获超新星。

使大多数恒星在自身引力下免于坍塌的是它们中心核心产生的能量。在一个捕捉电子超新星中，当内核耗尽燃料时，重力会迫使内核中的电子进入它们的原子核进而导致恒星向内部坍缩。

晚期光谱的证据

超新星2018zd是在2018年3月被发现的--约在爆炸后3小时。哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜的档案图像显示，一个模糊的天体可能是爆炸前的恒星。这颗超新星离地球相对较近，在NGC2146星系中距离约3100万光年。

这个研究小组由Daichi Hiramatsu领导，他是加州大学圣巴巴拉分校和拉斯坎布雷斯天文台的研究生，在接下来的两年里其收集了关于这颗超新星的数据。来自加州大学戴维斯分校的天文学家们在爆炸两年后对这颗超新星进行了光谱分析，这是证明2018zd是一颗电子捕获超新星的证据之一。

研究人员Azalee Bostoem表示：“我们有一个非常精致、非常完整的数据集，它记录了（电子捕获超新星的）兴起和衰落。”Yize Dong则补充称，数据包括来夏威夷凯克天文台10米望远镜收集到的非常晚期的数据。

理论预测，电子捕获超新星在数年后会显示出不寻常的恒星化学光谱。

Valenti指出：“我们观察到的Keck光谱清楚地证明，SN 2018zd是我们认为的最佳电子捕获超新星。”

最近的光谱数据并不是拼图的唯一部分。该团队还浏览了所有发表的超新星数据，他们发现虽然一些超新星拥有一些预测电子捕获超新星的指标，但只有SN 2018zd拥有所有六种指标：一个超渐近巨星支(SAGB)类型的表观祖星、强超新星前质量损失、不寻常的恒星化学光谱、弱爆炸、小放射性、一个富含中子的核。

“我们一开始问‘这个怪人是什么？’然后我们研究了SN 2018zd的每个方面，并意识到所有这些都可以在电子捕获场景中得到解释，”Hiramatsu说道。

解释蟹状星云起源

这些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，银河系发生了一颗超新星。根据中国的记录，它非常明亮，白天可以看到它23天，晚上可以看到它将近两年。由此产生的遗迹--蟹状星云--已经被详细研究过了。它以前是电子捕获超新星的最佳候选，但这并不确定，部分原因是爆炸发生在近1000年前。新结果增加了蟹状星云形成事件是一个电子捕获超新星的信心。

“我很高兴这个电子捕获超新星终于被发现了，我的同事和我曾预测它的存在并认为其跟40年前的蟹状星云有关。这是观察和理论结合的一个很好的例子，”Nomoto说道。

恒星僵尸：科学家发现一颗不会死的恒星

在艺术家的超新星概念中，一颗巨大的恒星达到了它生命的尽头。M.Kornmesser/ESO）

一次长达数年的超新星爆炸的出现，挑战了科学家目前对恒星形成和死亡的理解，目前正在解释这一奇异现象。

恒星的质量超过太阳质量的8倍，它们的生命都是在被称为超新星的奇妙爆炸中结束的。这些是宇宙中最有活力的现象之一。一颗垂死恒星的亮度可以与整个星系的亮度相媲美。由超大质量恒星形成的超新星通常会迅速上升到一个峰值亮度，然后在大约100天的时间里随着冲击波能量的损失而逐渐消失。

相反，新分析的超新星iPTF14hls在超过两年的时间里变得越来越暗和亮，据加州戈莱塔市的拉斯库布雷斯天文台（Las Cumbres Observatory）的一份声明称，该发现的细节于11月8日刊登在《自然》杂志上。[由行星搜寻望远镜拍摄的第一张超新星冲击波图像]

一个不显眼的发现

超新星iPTF14hls在2014年9月22日由圣地亚哥的合作望远镜首次探测到时并不明显。加州大学圣巴巴拉分校（University of California，Santa Barbara）的天文学家、第一作者Iair Arcavi告诉《太空》杂志说，光谱是II-P型超新星的典型例子，这是天文学家所看到的最常见的类型。他说，这颗超新星看起来已经在消退，

天文台正在进行为期7.5年的合作调查，因此Arcavi将重点放在更有希望的天体上。但2015年2月，那年冬天为阿卡维工作的学生郑全旺注意到，过去5个月，物体变得更亮了，

“他给我看了数据，”阿卡维说，“他（问）这正常吗？”我说，绝对不行。那很奇怪。阿卡维说：“超新星不会这样做的，一开始，阿卡维认为它可能是我们星系中的一颗局部恒星，因为它离我们更近，所以会显得更亮。”。许多恒星的亮度也是可变的。但光信号显示，这个天体确实位于离地球5亿光年的一个不规则小星系中，

和这个天体只是变得更加怪异。100天后，这颗超新星看起来只有30天大。两年后，这颗超新星的光谱仍与爆炸仅60天时的情况相同。这颗超新星最近从地球太阳后面出现，阿卡维说，大约三年后，它仍然很亮。但是01:01的第一百的峰值亮度，这个物体似乎最终消失了。“KdSPE”“KDSPs”“只是要清楚，但是，没有现有的模型或理论来解释我们所有的观测，”Arcavi说。超新星可能会逐渐消失，可能会变得更亮，也可能会突然消失。

阿卡维不确定的一个原因是1954年在同一地点发现了一颗超新星。这意味着阿卡维一直在观察的事件，不管是什么，实际上可能已经持续了60年。阿卡维说，这两个事件有1%到5%的可能性是不相关的，但这会更加令人惊讶。天文学家从未在相隔数十年的同一地点观测到过不相关的超新星。”“我们已经超越了模型的前沿，”阿卡维说，

超新星iPTF14hls在亮度和寿命上都使典型的超新星相形见绌。这一事件的剧烈波动给天文界提出了一个令人兴奋的解释挑战。（S.Wilkinson/LCO）加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家斯坦福·伍斯利在接受《太空》杂志采访时说：“除了最前沿的‘KDSP’之外，我不确定，我想其他人也不确定，到底发生了什么。”然而，它确实发生了，所以它需要解释。

Woosley与这项研究无关，但他是致力于理解这一事件的理论家之一。他说，有两个假设在解释这一现象时显示出了希望。

第一个假设涉及著名的方程E=mc2。用这个公式，爱因斯坦证明了物质和能量在根本上是可以互换的。恒星通过将物质转化为能量来燃烧，将氢和氦等较轻的元素融合成较重的元素，这些元素在恒星的核心形成并释放能量。伍斯利说，当一颗质量超过太阳80倍的恒星达到10亿摄氏度（18亿华氏度）的温度时，这种能量物质等价产生成对的电子和它们的反粒子对应物正电子。这个过程剥夺了恒星的能量，因此物体收缩。

，但当这种情况发生时，恒星核心的温度升高。在30亿摄氏度（54亿华氏度）时，氧气爆炸性地熔化，放出大量的物质并重新设定循环。伍斯利解释说，这个过程一直重复，直到恒星达到稳定质量。当一个物质抛射的外壳的前部撞击到前一个外壳的后缘时，它释放出光的能量。

恒星继续融合氧气和更大质量的元素，直到铁，此时反应未能释放出足够的能量来阻止恒星自身坍塌。最终，伍斯利说，像产生iPTF14hls的恒星那样的恒星将在不发生另一次爆炸的情况下坍缩成黑洞，

这一现象被称为脉冲对不稳定性（PPI）超新星，可以解释iPTF14hls持续的光度以及物体亮度的变化。伍斯利说，这种解释要求恒星的质量是太阳的105倍。然而，PPI模型不能解释iPTF14hls所释放的巨大能量。阿卡维说，2014年第一次爆炸的能量比模型预测的所有爆炸的能量总和还多，

更重要的是，这种现象还没有通过观测得到证实伍斯利说：“80到140个太阳质量的恒星必须存在，它们必须死亡，所以，在某个地方，这种情况必须继续下去。”但是，还没有人看到它。他说，“一个磁性天体”，另一个解释是恒星的质量是地球太阳质量的20到30倍。经过更传统的超新星之后，这样一颗恒星可能会凝聚成一颗快速旋转的中子星，称为磁星。

中子星将1.5个太阳的质量压缩成一个直径约为纽约市大小的物体。根据伍斯利的说法，一颗中子星以每秒1000次的速度旋转会比超新星拥有更多的能量。它还会产生100万亿到1万亿倍于地球磁场强度的磁场。伍尔西解释说，当恒星在几个月的时间里自转时，它不可思议的磁场可以将恒星的旋转能量转移到它形成的超新星残骸中，释放出光。

“就好像在超新星中间有一座灯塔一样，

这张图片描绘了两个物质壳之间的模拟碰撞，这两个物质壳是由随后的脉冲对不稳定超新星爆炸喷射出来的。（美国明尼苏达大学物理与天文学学院陈克戎）

，但磁星的解释也并不完美。它很难解释iPTF14hls亮度的下降和峰值，而这种现象如何工作背后的物理机制仍然不确定，Woosley说，“随着iPTF14hls释放能量，

”

，Arcavi说他希望能够深入观察物体的结构。他说，如果它是一颗磁星，那么他希望看到先前被超新星自身遮蔽的X射线开始突破。”研究人员说，也许通过将脉动对不稳定性与“磁子”相结合，可以开始解释超新星。Arcavi说，“KDSPE”在守望“KDSPs”的同时保持忙碌，IPTF14HLS的存在具有深远的意义。在5亿光年之外，超新星仍然相对靠近地球，宇宙实际上就是太阳系根据阿卡维的说法，我今天在组成和组织上，就像这件事发生时一样。如果这是一颗PPI超新星，它告诉天文学家，超过太阳质量100倍的恒星（被认为在早期宇宙中更为普遍）今天仍在形成。

这一事件的氢含量也远远超过研究人员的预期。阿尔卡维说，1954年的爆炸应该会排出几乎所有的氢。天体物理学家将不得不重新审视他们的超新星模型，以了解这是如何发生的，他说，“KdSPE”“KDSPs”这一发现也对星系的研究产生了影响。阿卡维说：“引力的能量使星系保持在一起，其大小与超新星释放的能量差不多。”因此，在一个星系中，其中一些实际上可以解开整个星系的束缚。

Arcavi和他的团队计划在至少一到两年内继续监视iptf14。一套国际望远镜和天文台也将参与其中。位于加那利群岛的北欧光学望远镜的瑞典同事将跟踪这个物体，因为它继续变暗，超出了阿卡维望远镜阵列所能探测到的范围。美国宇航局的斯威夫特太空船将寻找X射线辐射，而哈勃太空望远镜计划从12月开始拍摄这个位置，其他人也将跟进，阿卡维说，

目前来说，这个事件仍然是个谜。

“这只是天空中的一个谜团，”伍斯利说这就是我们生活的目的，天文学家喜欢的东西。

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天文学家发现新类型的超新星 可能是蟹状星云的起源

据外媒报道，周一发表在《自然-天文学》上的一份来自一个国际科学家团队的报告证实了一种以前未见过的恒星爆炸类型。在这一发现之前，人们认为只有两种类型的超新星：核心塌缩超新星（当一颗大质量恒星耗尽燃料，其核心塌缩成黑洞或中子星时发生）和热核超新星（当白矮星爆炸时发生）。

然而，自20世纪80年代以来，有人猜测可能存在另一种类型。东京大学的Ken'ichi Nomoto在1980年预测了第三种类型，称为“电子捕获超新星”。这指的是超新星因燃料匮乏而产生，然后由重力迫使电子进入核心的原子核--从而自我坍缩。

暗示“电子捕获超新星”存在的证据涉及巨大的恒星在爆炸前失去许多质量。有关的质量应该具有不寻常的化学成分。超新星之后应该有最小的放射性沉降物，核心应该有富含中子的元素。

对最初在2018年3月检测到的一颗超新星的光谱分析，为电子捕获超新星的理论提供了新的证据。被称为 "超新星2018zd"，有几个关键因素表明它的电子捕获性质：它在爆炸前显示了大量的质量损失，具有不寻常的化学成分，产生了微弱的爆炸，显示出很少的放射性，并且它留下了一个富含中子的核心。

可以理解的是，看到他的理论获得了重量，Ken'ichi Nomoto对这一发展进行了评论，并为论文做出了贡献。

“我非常高兴，电子捕获超新星终于被发现了，我和我的同事们在40年前就预测到它的存在，并且与蟹状星云有联系。”他说：“这是一个观察和理论相结合的美妙案例。”

作为超新星 历史 上最明亮的谜团之一，蟹状星云的起源长期以来一直没有得到解释。据信在公元1054年，银河系中发生了一次超新星事件。 历史 记载称它是如此明亮，以至于在白天可以看到它23天，而在晚上可以看到它将近两年。现在，它的残骸被称为蟹状星云。

尽管得到了广泛的研究，但确定该星云是否可能是电子捕获超新星的结果是很棘手的--主要是因为爆炸发生在近一千年前。然而，有了这个新的超新星发现，相信科学家可以更有信心地宣布蟹状星云是电子捕获超新星的结果。

全球超新星项目的负责人、拉斯坎布雷斯天文台的科学家Andrew Howell博士说：“这颗超新星实际上是在帮助我们解读来自世界各地文化的千年记录。它正在帮助我们把我们不完全了解的一件事，即蟹状星云，与我们有难以置信的现代记录的另一件事，即这颗超新星联系起来。”

“在这个过程中，它正在教给我们基本的物理学知识：一些中子星是如何被制造出来的，极端的恒星是如何生存和死亡的，以及关于我们所组成的元素是如何被创造和散布在宇宙中的。”

科学家发现一颗超新星爆发 内核射出X光最亮

普通超新星（左）和Cow类超新星（右）的对比示意图。

科学家新发现一颗名为AT2020mrf的“Cow类超新星”，它所释放出的X射线是至今见过的超新星爆发中最明亮的。这类超新星很罕见，自从2018年发现第一颗以来，这是第五颗。

2018年科学家发现一颗和普通的超新星很不一样的超新星，它的可见光亮度特别高、持续时间比较短，给它起名AT2018cow超新星。以后类似的超新星就被称为“Cow类超新星”。Cow是当时随机抽取的字母组成，并没有特别的意思。

最近（1月9 13日）在网上举行的美国天文学会第239届会议上，加州理工学院（Caltech）的姚雨寒（Yuhan Yao，音译）介绍说，一颗巨型恒星爆炸后，会变成一个黑洞或是留下一颗中子星残骸。多数情况下它们被爆炸产生的物质包裹着，相对来说不活跃。但是“Cow类超新星”的内核非常活跃，没什么物质遮挡，里面紧凑的内核放射出高能X射线。

由于没有物质的遮挡，姚雨寒说：“我们能看到爆炸物的中心，从而直接见证黑洞和中子星的诞生。”

AT2018cow的发现让科学家很震惊。它发出的可见光亮度是普通超新星的10倍，减弱的速度也更快。同时它也发出强度变化巨大的X射线。

“Cow类超新星”还有一个不一样的特点是，它们在爆炸之前先抛出大量物质，爆炸后这些物质被点亮。恒星爆炸时产生的冲击波穿过这些物质的时候，又会产生射电波和毫米波。

研究称，刚发现超新星AT2020mrf的时候，其X射线强度是AT2018cow刚发现时的20倍。一年后，它的强度是AT2018cow在其发现一年后强度的200倍。

姚雨寒说：“我们刚看到数据的时候都不敢相信。我们检查了数据好几次，这才认定这是至今为止见到的放出最强X射线的Cow超新星。”

研究者表示，超新星AT2020mrf残骸里面的内核，一定是持续发出X射线的能量来源。“它所放出的大量能量和强度快速变化的X射线，证明这颗超新星残骸的内核是一个活跃的黑洞或是一颗快速自转的中子星，也叫磁星。我们仍不明白为什么‘Cow类超新星’的内核会如此活跃，可能与这种超新星的前身恒星的某种特点相关。”

因为这颗新发现的AT2020mrf又有着与其它四颗“Cow类超新星”不一样的特点，姚雨寒说，这说明这类超新星的特点比以前所知的更为广泛。“找到更多这种类型的超新星，有助于我们进一步确定它们的能量来源。”

首次在银河系边缘探测到罕见的极超新星爆炸

目前，科学家发现一次罕见、巨大的恒星爆炸的相关证据，该恒星爆炸发生时间可追溯至宇宙初期——大爆炸后不足10亿年，这次灾难性恒星爆炸比普通超新星爆炸的强度和亮度高10倍。

该恒星也被称为“磁力旋转超新星”，这种古老的恒星爆炸大约比普通超新星明亮10倍，且能量更充沛，相比之下，包括太阳在内的多数宇宙恒星都最终以普通超新星的方式结束生命，磁力旋转超新星残留的独特元素，有助于孕育新一代恒星诞生。

依据7月7日发表在《自然》杂志的一项研究，像这样爆炸的恒星一定是大质量等级（相当于太阳质量几十倍），它们快速旋转，并包含一个强大磁场。该研究报告第一作者、澳大利亚国立大学天文学家大卫·杨指出，当这样的恒星走向死亡，将产生猛烈爆炸，崩溃成一个密集、能量充沛的外壳，熔化原始恒星的简单元素形成一种超重“物质汤”，这是恒星的爆炸性死亡过程，之前没有人发现过此类现象。

目前，大卫·杨和同事发现银河系边缘一颗遥远恒星，它含有一种奇异的化学混合物，仅能用这种罕见的极超新星爆炸来解释化合物的存在。该恒星被命名为SMSS J200322.54-114203.3（简称J2），距离太阳大约7500光年，位于银河系光晕之中，它形成大约有130亿年，是在宇宙大爆炸发生后8亿年内形成的，像这样的恒星是迄今最古老的恒星。

在这项最新研究中，研究人员利用智利阿塔卡马沙漠巨型麦哲伦望远镜上的特殊仪器进行勘测，依据该恒星释放光线的波长，仔细分析该恒星的化学成分，结果显示，与大多数已知的古老恒星不同的是，J2恒星中铁含量极低，而锌、铀和铕等重元素的含量却异常地高。

中子星合并（崩溃的巨恒星壳能将相当于太阳的质量装入一个城市大小的区域）能解释早期宇宙类似恒星中存在着这些较重元素，然而，研究人员指出，J2恒星包含如此多的“额外”重元素，即使是中子星合并理论也不适合。

研究报告合著作者、英国赫特福德大学Chiaki Kobayashi称，对所有超重元素的唯一解释是一次特大爆炸事件——被快速旋转和强磁场放大的超新星爆炸。目前我们发现的观测证据首次直接表明有一种不同类型的极超新星，该超新星爆炸能产生元素周期表中所有稳定元素，一颗高速旋转的强磁化超大质量恒星核心坍缩爆炸，这是唯一能说得通的解释观点。

该发现不仅仅是一个耀眼的景象：这种难以置信的爆炸一定发生在星系形成的早期阶段，从而导致了J2恒星的诞生。该事实表明，极超新星可能是早期宇宙形成恒星的一种重要方法，为了进一步充实该结论，需要对同样古老、结构奇特的恒星进行勘测分析。（叶倾城）

科学家发现的新型恒星爆炸有助于揭开一个千年谜团

据外媒报道，特拉维夫大学雷蒙德和贝弗利-萨克雷精确科学学院的研究员Iair Arcavi博士参与了一项研究，发现了一种新型的恒星爆炸--电子捕获超新星。虽然科学家在40年前已经提出这种理论，但现实世界的例子却一直难以捉摸。 这种超新星产生于质量为太阳8-9倍的恒星的爆炸。这一发现也为公元1054年的超新星的千年之谜提供了新的线索，该超新星在最终成为蟹状星云之前被古代天文学家看到。

超新星是一颗恒星在两种相反的力量之间突然失衡后的爆炸，这两种力量在恒星的一生中塑造了它。重力试图收缩每一颗恒星。例如，我们的太阳通过其核心的核聚变来平衡这种力量，核聚变产生的压力与引力相反。只要有足够的核聚变，引力就无法使恒星坍塌。然而，最终，核聚变将停止，就像 汽车 中的燃油耗尽一样，恒星将崩溃。对于像太阳这样的恒星，塌陷的核心被称为白矮星。白矮星中的这种物质非常密集，电子之间的量子力阻止了进一步坍缩。

然而，对于比我们太阳质量大10倍的恒星来说，电子量子力不足以阻止引力，核心继续坍缩，直到变成中子星或黑洞，并伴随着巨大的爆炸。在中等质量的范围内，电子被挤压（或者更准确地说，被捕获）到原子核上。这就消除了电子量子力，并导致恒星坍缩，然后爆炸。

从 历史 上看，有两种主要的超新星类型。一种是热核超新星--白矮星在双星系统中获得物质后的爆炸。这些白矮星是低质量恒星（质量不超过太阳8倍的恒星）到达生命终点后留下的密集灰核。另一种主要的超新星类型是核心塌缩超新星，即一颗大质量的恒星--超过太阳质量的大约10倍--耗尽了核燃料并使其核心塌缩，形成一个黑洞或中子星。理论工作表明，电子捕获超新星将发生在这两类超新星的边界上。

这是东京大学的Ken'ichi Nomoto等人在1980年代提出的理论。几十年来，理论家们已经制定了在电子捕获超新星中要寻找的东西的预测。恒星在爆炸前应该失去大量特定成分的质量，而超新星本身应该相对较弱，几乎没有放射性物质，并产生富含中子的元素。

虽然过去发现的一些超新星有一些预测为电子捕获超新星的指标，但只有SN2018zd拥有全部六个指标--一颗符合预期质量范围的原生星、强烈的超新星前质量损失、不寻常的化学成分、微弱的爆炸、少量放射性和富含中子的物质。"领导这项研究的加州圣塔芭芭拉分校和拉斯坎布雷斯天文台的Daichi Hiramatsu说：“我们首先问‘这个怪人是什么’？然后我们研究了SN 2018zd的每一个方面，并意识到所有这些都可以在电子捕获的情况下得到解释。”

这些新发现也有助于解开过去最著名的超新星之一的一些谜团。公元1054年，在我们的银河系发生了一次超新星事件，根据中国和日本的记录，它是如此的明亮，以至于在白天可以看到它。由此产生的残余物，蟹状星云，已经被研究得非常详细，并被发现有一个不寻常的成分。它以前是电子捕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 历史 性的1054年超新星是一个电子俘获超新星的信心。

Arcavi博士说：“令人惊讶的是，我们可以用现代仪器来揭示宇宙中的 历史 事件。今天，随着机器人望远镜以前所未有的效率扫描天空，我们可以发现越来越多的罕见事件，这些事件对于理解自然规律至关重要，而不必在一个事件和下一个事件之间等待1000年。”

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