一颗前所未见的超新星

通常情况下，当大质量恒星爆炸时，天文学家会在观测中发现氢和氦等轻元素的明显特征。

但现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，一个国际研究团队表明，他们发现了一种前所未见的超新星——这颗名为SN2021yfj的新超新星富含硅、硫和氩，呈现出截然不同的化学特征。这一发现不仅为天文学家长期推测的大质量恒星的”洋葱式壳层结构“提供了直接证据，也让我们前所未有地”窥探“到了垂死恒星最深处的内部结构。

恒星的洋葱结构

在恒星的核心，极端的高压和高温会促使较轻的元素聚变成较重的元素，并释放出能量。这一过程始于氢聚变成氦。

之后，聚变后的产物会成为新的燃料，驱动进一步的聚变反应，使大质量恒星（质量超过太阳质量8倍的恒星）逐渐形成”洋葱式“的壳层结构。

这种壳层结构外层是最初的氢，往内依次是更重的成分：氦层、碳/氧层、氧/氖/镁层，以及氧/硅/硫层。最终，硅和硫会聚变成铁。

大质量恒星的核聚变会产生壳层结构，内层是重元素，外层是轻元素。（图片素材：Nautre）

核心坍塌与超新星爆炸

当大质量恒星的铁核质量超过钱德拉塞卡极限（约为1.2到1.8个太阳质量）时，它就进入了生命的最后阶段。这时，铁核开始坍缩。在短短几秒钟内，铁核就会坍缩成中子星，甚至是黑洞。

在这个过程中，会释放出极为巨大的引力能，从而驱动了超新星爆发。爆炸将恒星的其余物质抛射到宇宙空间中，为新恒星和行星的形成提供原料。

这种爆发会点亮先前从恒星抛射出去的气体壳层，让我们有机会观测并分析气体的成分。迄今为止，在所有已知的超新星中，这些外抛物质通常是氢层、氦层或碳层——它们都形成于恒星的前两轮核聚变。

而更深的壳层则是在恒星爆炸前短短几百年内才形成的，因此它们根本没有足够时间远离恒星核心。所以，通常我们是观测不到这些壳层的。

爆炸性的谜团

而这正是新发现的超新星SN2021yfj引人注目的原因。

2021年9月，研究人员通过使用茨威基暂现源设施（ZTF）发现了SN2021yfj。当时，他们注意到，位于距离地球22亿光年的恒星形成区，存在一个极其明亮的天体。为了获得更多关于这个神秘天体的信息，研究人员需要获取光谱数据。

光谱能将光分解为不同颜色，每种颜色对应一种元素，由此科学家就能够判断爆炸中存在何种元素。于是，通过利用夏威夷的凯克天文台的设备，研究人员获取到了光谱。

结果发现，SN2021yfj的光谱几乎完全被硅、硫和氩的强烈信号主导。这些较重的元素正是大质量恒星在其生命的最后阶段、在内部深处通过核聚变产生的。

也就是说，这颗恒星几乎失去了它一生中产生的大部分物质。所以天文学家所看到的，是它在爆炸前几个月形成的物质。

一般来说，大质量恒星在爆炸前都会抛掉一些外层物质。但SN2021yfj抛出的物质量远超以往观测到的情况。在之前的观测，所谓的“剥离星”（失去外层氢包裹的恒星）通常只会露出氦层，或者碳/氧层。但天体物理学家此前从未见过比碳/氧层更深的部分被暴露出来。这说明，一定是发生了极其剧烈、非同寻常的事件，才能把如此深层的物质抛射出来。

极其暴烈的事件

研究人员推测，这可能涉及罕见而强大的机制。他们正在探索几种可能，包括与伴星的相互作用、超新星爆发前的大规模抛射，甚至异常强烈的恒星风。

但最有可能的解释是：这颗恒星在自我撕裂。当恒星的核心在自身引力作用下不断挤压时，它会变得愈发炽热与致密。极端的热量和密度会以难以置信的强度重新点燃核聚变，从而释放出巨大的能量，将恒星的外层一层层推开。每当恒星进入一个新的“对不稳定性”（pair-instability）期，产生的相应脉冲就会抛射更多物质。

而其中一次最新的壳层抛射撞上了先前的壳层，于是产生了观测到的SN2021yfj异常明亮的辐射。

虽然研究人员对这种爆炸的成因有一个理论框架，但他们并不敢断言它就是正确答案。毕竟，目前只发现了这一个特例。所以，接下来天文学家需要找到更多类似的稀有超新星，才能更好地理解它们的性质和形成机制。

#参考来源：

https://news.northwestern.edu/stories/2025/08/first-of-its-kind-supernova-reveals-innerworkings-of-a-dying-star/?fj=1#tab-panel1

https://theconversation.com/astronomers-have-glimpsed-the-core-of-a-dying-star-confirming-theories-of-how-atoms-are-made-263339

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02425-w

#图片来源：

封面图&首图：Keck Observatory / Adam Makarenko