爆了又爆！

天文学家首次获得了一颗恒星“二次爆炸”后死亡的直接视觉证据。通过使用甚大望远镜观测超新星遗迹 SNR 0509-67.5，他们发现了可清晰辨识的爆炸特征，证实一颗白矮星经历了两次爆炸。这一发现揭示了宇宙中最剧烈的一类爆炸——Ia型超新星——可能存在另一种全新的爆发机制。研究结果已发表于近期的《自然·天文》杂志上。

这张图像显示了超新星遗迹SNR 0509-67.5，这是数百年前一颗恒星在双重爆震中死亡后，遗留下的膨胀遗迹。科学家通过不同颜色描绘不同元素的分布，蓝色代表钙元素，清晰呈现出两个同心壳层，揭示了这颗恒星经历了两次爆炸；橙色代表氢元素（Hα）。（图/ESO/P. Das et al. & K. Noll et al.）

宇宙中的剧烈爆炸

Ia型超新星是天文学中极其重要的“测距工具”，因为它们几乎都以相同的亮度爆炸，因此可用于通过其亮度来推算它们与地球的距离。正是依靠这些距离数据，天文学家得以描绘出宇宙膨胀的历史轨迹，并最终发现了一种推动宇宙加速膨胀的神秘力量——暗能量。

除了对于我们理解宇宙的膨胀至关重要，地球上的铁元素，甚至包括我们血液中的铁，也主要来源于Ia型超新星爆炸。

与大多数超新星源于大质量恒星的爆炸不同，科学界普遍认为，Ia型超新星源自于白矮星的爆炸。

当一颗类似太阳的恒星在耗尽燃料时，其核心就会坍缩形成致密的白矮星。它主要是由碳和氧等元素构成，其质量本身不足以继续进行核反应。但在某些情况下，如果它从外界吸收了额外的物质并达到了某个临界质量，就有可能重新点燃剧烈的核聚变反应，最终将自己炸得粉碎。

然而，这些额外物质究竟来自哪里，一直是学界争论的焦点。

质量极限 vs 双重爆震

目前的主流理论认为：Ia型超新星诞生于一对白矮星与伴星组成的双星系统。当白矮星与伴星足够接近时，它会不断从伴星吸取物质，直到达到所谓的“钱德拉塞卡质量极限”，进而引发剧烈爆炸。

左：白矮星的引力会吸引伴星的气体；右：当白矮星的质量达到所谓的钱德拉塞卡极限时，它就会爆炸形成Ia型超新星。（图/原理）

但近年来，一些研究还提出了另一种可能：白矮星即使未达到临界质量，也可能形成Ia型超新星。

具体来说，白矮星会在表面会积累一层富含氦的外壳，这层氦在变得不稳定后首先发生爆炸，随后产生的激波会沿着白矮星表面传播并向内传入核心，引发第二次爆炸，最终形成Ia型超新星。这个过程被称为“双重爆震”（double detonation）。

虽然“双重爆震”理论早已有之，却一直缺乏直接的视觉证据。

关键证据：双层钙壳结构

在新的研究中，研究人员特别关注了钙元素，它可以通过两种机制形成：

• 一部分钙来自富含氦的外壳，在第一次爆炸发生之前，通过核聚变形成；

• 另一部分钙则是在核心的物质发生聚变时产生的。由于这些物质在超新星爆发中被快速抛出，从而来不及经历进一步的核反应，未能转变为更重的元素。

由于钙元素分别由两次爆炸生成，因此天文学家预测：超新星爆炸后形成的膨胀碎片中将存在两个彼此分离的钙壳层，中间隔着一定距离，且这些结构即使在爆炸多年后仍可被观测到。

图中展示的是SNR 0509-67.5遗迹中钙元素的分布，叠加的曲线清晰勾勒出两个同心的钙壳层，这是恒星在数百年前经历两次爆炸时分别喷发出的产物。（图/ESO/P. Das et al.）

现在，对一个名为SNR 0509-67.5的遗迹的观测结果，为这一模型提供了直接的支持证据：研究人员在这一超新星遗迹中发现了这一标志性结构。他们利用甚大望远镜上的多元光谱探测仪（MUSE），成功识别出这两个由高电离钙构成的壳层。

他们的研究表明，SNR 0509-67.5在爆炸时可能是一颗质量与太阳大致相当的白矮星，其爆炸很可能是由外层一个仅占太阳质量约3%的氦壳发生爆震所触发的。新结果说明，白矮星在未达到钱德拉塞卡极限前就能爆炸，同时也说明“双重爆震”机制确实存在于自然界。

超新星遗迹 SNR 0509-67.5的整体结构的艺术构想图。（图/ESO/M. Kornmesser）

一场壮观“烟火秀”带来的新疑问

（视频/ESO）

然而，这一发现也引发了一个核心问题：Ia型超新星的亮度是否真的恒定不变？如果白矮星尚未达到传统的临界质量就能通过双重爆震引发爆炸，那么部分Ia型超新星的亮度可能会明显低于预期。

更复杂的是，研究团队指出，在某些双星系统中，如果存在第二颗距离足够近的白矮星，首颗超新星爆炸产生的碎片甚至可能引发另一场“双重爆震”。两次爆炸可能在时间和空间上都极为接近，在观测上几乎难以区分。因此，科学家仍需进行大量模拟和理论建模，才能全面评估这一机制对宇宙学测距和Ia型超新星标准性所带来的深远影响。

#参考来源：

https://www.eso.org/public/news/eso2511/

https://arstechnica.com/science/2025/07/new-evidence-that-some-supernovae-may-be-a-double-detonation/

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02589-5

#图片来源：

封面图&首图：ESO/P. Das et al. & K. Noll et al.