科学家观测到超强超新星爆发，能量来自磁星

IT之家 5 月 25 日消息，美国国家航空航天局（NASA）的费米伽马射线空间望远镜观测到一次极其明亮、能量超强的超新星爆发。这场爆炸的能量可能来自一颗强磁性的死亡恒星 —— 一种被称为磁星的中子星。这颗磁星实则诞生于此次超新星爆发之中：当一颗质量远大于太阳的恒星走到生命尽头，其核心发生引力坍缩，最终催生了这颗特殊天体。

据IT之家了解，在这类核心坍缩型超新星爆发过程中，质量为太阳 1 至 2 倍的恒星核心会急剧收缩，最终坍缩至半径约 20 千米，形成中子星，科学家本次观测到的天体正是如此。剧烈的压缩不仅让中子星拥有极致密度：若取一茶匙中子星物质带到地球，重量可达千万吨（相当于 350 座自由女神像的重量），还会让中子星实现每秒最高 700 次的高速自转。恒星坍缩时，磁场线也会被挤压收拢，大幅增强磁场强度，这也让磁星成为目前已知宇宙中磁场最强的天体。

巴黎萨克雷大学的研究团队负责人法比奥・阿塞罗在一份声明中表示：“近 20 年来，天文学家一直在费米望远镜的观测数据里，搜寻数千颗超新星释放的伽马射线信号。此前虽发现过一些可疑线索，但始终没有确凿证据，如今这一局面终于被打破。”

极亮超新星

过去数十年间，天文学家已观测到约 400 次核心坍缩型超新星爆发。根据濒死恒星初始质量的不同，这类爆发也有可能诞生黑洞。其中一部分爆发被归为超亮超新星，它们释放的可见光亮度，是普通核心坍缩型超新星的十倍以上。

2024 年，科学家宣布借助费米望远镜，成功探测到编号为 SN 2017egm 的高能超新星所释放的伽马射线 —— 伽马射线是能量最高的光辐射。该超新星爆发发生在 NGC 3191 星系，距离地球约 4.4 亿光年。由于距离极其遥远，爆发产生的伽马射线耗时 4.4 亿年才抵达地球与费米望远镜，但它仍是人类观测到的距离地球最近的核心坍缩型超新星之一。

西班牙巴塞罗那空间科学研究所的吉列姆・马蒂 - 德韦萨在声明中说道：“我们梳理了费米望远镜升空前 16 年的观测数据，重点排查六颗距离最近的超亮超新星。结果只有 SN 2017egm 明确显现出伽马射线信号，这也证实了此前的推测：部分超新星在伽马射线波段的亮度，能与可见光波段持平。这为研究这类奇特的宇宙现象开辟了全新方向。”

科学家一直试图解开超亮超新星能量爆棚的谜团。有一种理论认为，这类爆发会诞生磁星，而磁星的磁场强度是普通中子星的一千倍，超强磁场正是额外能量的来源。

研究团队对 SN 2017egm 的可见光与伽马射线辐射展开观测，并将观测数据与理论模型进行比对。该模型模拟了新生磁星释放光线和粒子的过程，重点还原了粒子与超新星抛射的外层物质壳层之间的相互作用。研究人员格外关注一片由电子、正电子（电子的反物质粒子）构成的粒子云。

科学家认为，这片粒子云由高速自转的新生磁星抛射而出，并将其命名为磁星风星云。磁星风星云能够促进伽马射线的产生与吸收：当物质粒子与反物质粒子相遇时会发生湮灭，释放出伽马射线。这些伽马射线撞击超新星残骸外层壳层后，会转化为能量更低的可见光，这也解释了为何超亮超新星会拥有极强的可见光亮度。

阿塞罗解释道：“恒星核心坍缩约三个月后，随着超新星残骸不断膨胀、降温，伽马射线开始向外扩散。这套磁星模型能够很好地还原爆发初期数月内，超新星的亮度变化以及伽马射线的抵达时间。不过在后期，可见光出现无规律衰减，现有模型仍存在优化空间。”

针对可见光不规则变暗的现象，阿塞罗及其团队也提出了猜想：在恒星发生超新星爆发的数百年前，这颗恒星就已向外抛射出大量物质，这些物质后来回落至磁星表面，或许是造成亮度异常衰减的原因。

团队还对未来观测设备的性能进行了评估，分析了新一代地面伽马射线观测站 —— 切伦科夫望远镜阵列捕捉类似 SN 2017egm 这类天体爆发的能力。该望远镜阵列分别坐落于帕瑞纳天文台以及西班牙拉帕尔马岛。测算结果显示，累计观测 50 小时的情况下，它能够探测到距离地球约 5 亿光年范围内的同类宇宙爆发。

这一设备将有望帮助科学家彻底揭开超强超新星的奥秘。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的团队成员朱迪・拉库辛表示：“本文提出的磁星中心能量机制，依托过去二十年间人类在磁星观测与理论研究上取得的诸多进展。而探测超新星的伽马射线，将为我们探索其内部运作机制提供全新手段。”

该研究成果已于 5 月 20 日（周三）发表在《天文学与天体物理学》期刊上。