科学家发现了一颗源自磁星的超亮超新星

周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏

周三 · 风月同天|周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|周六 · 茶余星话|周日 · 太空探索

作者：Robert Lea

编译：张雨荷

编排：喻思敏

后台：李子琦

https://www.space.com/astronomy/stars/scientists-just-found-a-supercharged-supernova-powered-up-by-a-magnetic-star-corpse

NASA的费米伽马射线太空望远镜观测到了一场超亮、超高能的超新星爆发，而它背后的能量来源，是一颗拥有极强磁场的死亡恒星——一种被称为“磁星“的中子星。这颗磁星很可能正是在超新星爆发过程中诞生的：当一颗质量远大于太阳的恒星走到生命尽头，其核心在引力作用下迅速塌缩，最终形成了一颗中子星。

在这些核心坍缩超新星爆发过程中，质量约为太阳1到2倍的恒星核心会被压缩到仅约20公里大小。如此剧烈的压缩使中子星拥有难以想象的密度。科学家估计，如果把一茶匙中子星物质带到地球，其重量将达到约1000万吨，相当于约350座自由女神像压在一个茶匙上。与此同时，中子星还会以极端速度旋转，每秒可达700圈。恒星塌缩时，其磁场线也会被强行压缩，从而使磁场强度暴涨。磁星因此成为目前已知宇宙中磁场最强的天体。

“近 20 年来，天文学家一直在费米望远镜的数据中寻找来自超新星的伽马射线信号。虽然过去曾出现过一些有趣的线索，但直到现在才有了确凿的证据”。巴黎-萨克雷大学研究负责人Fabio Acero表示。

图注：2017年5月23日，欧洲航天局的盖亚任务发现了超亮超新星SN 2017egm。图中圆圈显示了这颗超新星在巨大的棒旋星系NGC 3191中闪耀的光芒。

图片来源：NASA’s Goddard Space Flight Center

超亮超新星

过去几十年间，天文学家已观测到约 400 次核心坍缩超新星。根据相关垂死恒星的初始质量不同，这类超新星也可能孕育出黑洞。其中一些恒星爆炸被描述为“超亮型”，因为它们发出的可见光亮度比其他核心坍缩型超新星要高出10倍以上。

2024 年，科学家宣布他们首次利用费米望远镜探测到一颗名为SN 2017egm的超亮超新星释放出的伽马射线。这场超新星位于距离地球约 4.4 亿光年的星系NGC 3191中。虽然这意味着伽马射线花了4.4亿年才抵达地球，但它仍然是人类观测到的距离最近的核心坍缩超新星之一。

“我们研究了费米任务前16年内观测到的六颗最近的超亮超新星，”来自西班牙巴塞罗那空间科学研究所的Guillem Martí-Devesa表示。“只有SN 2017egm显示出了明确的伽马射线证据。这证实了此前的猜测：有些超新星在伽马射线中的亮度，可能与它们在可见光中的亮度一样惊人。”

图注：SN 2017egm的可见光（插图）和伽马射线（背景）图。

图片来源：NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration and Acero et. al. 2026; NOT+ALFSOC/Bose et al. 2020

磁星风星云

科学家一直想知道：为什么这些超亮超新星能释放出如此强大的能量？其中一个理论认为，它们之所以异常明亮，是因为爆炸后诞生了一颗磁星，磁星的磁场强度比普通中子星强约1000倍。

研究团队分析了SN 2017egm 的可见光与伽马射线数据，并将这些数据与新生磁星的光和粒子流理论模型进行了对比。

模型中，一个关键结构被称为“磁星风星云”——这是由高速旋转的新生磁星抛射出的电子与正电子云形成的区域。磁星风星云被认为能够增强伽马射线的产生和吸收。其中一种实现这一效应的机制是：当物质粒子与其反物质对应粒子相遇时，会发生粒子湮灭并释放出以高能伽马射线形式存在的能量。这些伽马射线撞击超新星残骸的外层，转化为低能的光学光，这解释了为何这些超亮超新星在可见光下如此明亮。

“坍缩发生约三个月后，随着超新星残骸的膨胀和冷却，伽马射线便开始向外泄漏，”阿塞罗表示。“这一磁星模型最能复现超新星在最初数月内的光度及其伽马射线的到达时间，但在后期阶段仍有改进空间——那时可见光的衰减表现得相当不规则。”

图注： 位于W41超新星遗迹中心的Swift J1834.9-0846所发出的X射线辉光，源自首个被确认的磁星风星云（轮廓线）。

图片来源：ESA/XMM-Newton and Younes et al. 2016

未来探索

研究团队还评估了未来的地面伽马射线观测站——切伦科夫望远镜阵列（Cerenkov Telescope Array Observatory）——对类似事件的探测能力。结果显示，只需 50 小时观测时间，这座位于智利帕拉纳尔天文台与西班牙拉帕尔马岛的望远镜阵列，就有能力探测到距离约 5 亿光年范围内类似的宇宙爆炸。

这将帮助科学家最终揭开这些“超级超新星”背后的真正物理机制。

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

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

萨克雷云球
图片来源: John Hayes

谢谢阅读