科学家带我们一起来目睹恒星死亡的最初时刻

天体物理学家在近几十年里，仅第二次观测到来自遥远超新星的X射线激波突破。超新星以持续数月照亮天空而闻名，这种光度的缓慢上升与下降已被多次观测到。但X射线激波突破极为重要，因为它标志着超新星爆炸的开端。它持续时间不长——短则仅几秒钟，有些情况下可达数小时。

这幅艺术家绘制的插图展示了一颗恒星爆发成为超新星的过程。天体物理学家捕捉到了来自5亿光年外一颗超新星的激波突破，这是大质量恒星爆炸的首次迹象。通过探测到这次激波突破，研究人员得以了解其前身星及其周围环境的诸多信息。

爱因斯坦探针——一项由欧空局、中国科学院和马克斯·普朗克地外物理研究所联合执行的任务——于2026年3月探测到了这次爆炸产生的软X射线。这个被命名为EP260321a的X射线闪，源自约5亿光年外一颗爆炸的恒星，其探测随即触发了一连串来自其他天文台的后续观测。

很快，人们就清楚这个闪光是一次超新星X射线激波突破，这颗超新星被命名为SN 2026gzf。两支独立的研究团队在随后数月观测了这颗超新星的光变曲线，并在《天体物理学杂志通讯》上发表了各自的研究快报。

其中一篇题为“EP260321a/SN 2026gzf：与宽线超新星相关的最微弱激波突破”，第一作者是卡内基梅隆大学的布伦丹·奥康纳。另一篇题为“借助爱因斯坦探针X射线激波突破发现的首个Ic-BL型超新星的多波段图景”，第一作者是马里兰大学的NASA爱因斯坦学者吉莉安·拉斯蒂内贾德。

上面这幅图像展示了超新星SN 2026gzf周围的视场，它于2026年3月21日由爱因斯坦探针卫星捕捉到的一次X射线闪探测到。这颗超新星在图像中央的星系内呈现为一个明亮的蓝点。该图像由5.7亿像素的暗能量相机（DECam）拍摄，该相机安装在位于智利托洛洛山美洲际天文台（CTIO）的美国国家科学基金会维克托·M·布兰科4米望远镜上。

第二篇论文的作者解释道：“核坍缩超新星爆炸最早的电磁辐射就是激波突破（SBO）。”他们写道：“当辐射主导的超新星爆炸激波穿过演化恒星的表面时，激波突破就会发生。这次激波突破释放出一次明亮的闪光，闪耀于X射线或紫外波段，持续时间从几秒到大约一小时不等。”

在超新星爆炸的最初时刻就进行观测，能让天体物理学家更透彻地理解它。这次闪光可以揭示前身星在爆炸前一刻的半径和结构。激波突破的X射线闪提供了一个明确无误的爆炸起点，从而能将此后发生的一切置于准确的时间框架中。它也让研究人员得以研究激波本身的物理过程，并能更深入地探究超新星周围的星周物质。

拉斯蒂内贾德和她的合作者解释道：“作为超新星爆炸最早的电磁信号，激波突破是核坍缩过程极早期的直接探针，为前身星的质量与组成、爆炸时刻以及爆炸前的质量损失率提供了关键见解。”

SN 2026gzf之所以引人注目，不仅仅是因为观测到了它的激波突破闪光，还因为它是一颗宽线Ic型超新星。这类超新星以相对论性物质喷流而闻名，并且有证据表明，其中少数是伽马射线暴的起源。然而，尽管SN 2026gzf看起来与那些确实引发了伽马射线暴的其他宽线Ic型超新星相似，它却没有发出伽马射线暴。此外，尽管SN 2026gzf本身并非一颗特别微弱的超新星，它所发出的闪却也极其微弱。

上面幅图像展示了SN 2026gzf从2026年3月初到4月初的变化。于2026年3月25日和4月3日拍摄的图像显示出超新星正在增亮。一张2016年3月9日拍摄的宿主星系档案图像则揭示，在超新星所在位置存在一个明亮的蓝色源。这些图像均由美国能源部制造的5.7亿像素暗能量相机（DECam）拍摄。

第一作者奥康纳在新闻稿中说：“SN 2026gzf看起来与先前被认为与伽马射线暴有关的其他高能超新星极为相似。然而，利用最灵敏的设备进行的多波段后续观测，并未发现那些事件中通常可见的相对论性喷流或余辉的任何证据。一种可能性是，喷流被‘窒息’了，要么是被恒星表面，要么是被恒星周围的星周物质所扼制。”

上图是薇拉·鲁宾天文台拍摄了这张SN 2026gzf的图像。

当SN 2026gzf的警报发出后，大量望远镜对准了这次爆炸及其余波。钱德拉X射线天文台、甚大天线阵、帕洛马天文台、北双子望远镜等等众多设备都参与其中。薇拉·鲁宾天文台也加入了观测。这些联合观测揭示了前身星坍缩前的结构，以及其周围环境的性质，包括缺乏喷流的事实。

第二项研究的第一作者吉莉安·拉斯蒂内贾德说：“我们的观测让我们能够研究这次爆炸三个方面的物理过程：X射线激波突破、伴随的超新星，以及超新星与濒死恒星先前抛出的物质之间的相互作用。有了这些信息，我们得以描绘出恒星周围物质的结构，并理解其在坍缩前经历过的剧烈变化过程。”

马里兰大学近期毕业的博士、拉斯蒂内贾德论文的第二作者戈库尔·斯里尼瓦萨拉加万说：“这是我们有史以来第一次描绘出一颗已被剥离氢和氦的恒星在爆炸前的环境。展望未来，我很期待能以类似的细节去观测更多激波突破事件，来检验是否所有被剥离了外层的恒星在坍缩前都拥有类似的‘生活方式’，以及我们能发现怎样的差异。”

所有的观测和分析表明，前身星是一颗沃尔夫-拉叶星。这类恒星已知极度缺乏氢和氦，且温度高于几乎所有其他恒星。

观测还显示，这颗前身星的星周物质由两部分组成。

这张简图描绘了超新星周围的WR前身星和两个星周介质（CSM）壳层。作者解释说：“我们的分析倾向于存在两个不同的CSM区域，分别产生X射线（内区）和超新星光变曲线（外区）。此外，我们倾向于认为外部CSM结构是块状的、非球形的、多孔的，并且/或者其特征是在超新星光变曲线所探测区域之外出现密度陡降。”

第二篇论文的作者解释道：“综合来看，我们的观测和分析倾向于认为，一颗沃尔夫-拉叶星前身星周围，要么存在一个致密的星周物质内部区域，要么在约0.3天文单位处有一个延展的恒星包层。”他们写道：“我们的超新星分析还表明，在约4天文单位处开始存在额外的星周物质成分，这部分物质很可能是团块状的、非球形的，或者是多孔疏松的。”

拉斯蒂内贾德和她的合作者在结论中写道：“我们对EP260321a和SN 2026gzf的观测与分析，深刻揭示了被剥离外层的、大质量恒星在坍缩前夕的星周环境。”

奥康纳及其合作者则在其结论中写道：“我们将EP260321a解释为一个低光度、热辐射主导的激波突破事件，它与一颗在其他方面都很典型的能量Ic-BL型超新星相关。”他们解释说，一次快速的物质抛射产生了这次激波突破，但沿我们的视线方向并没有产生明亮的X射线、射电或伽马射线辐射。

这类激波突破事件极难探测，但爱因斯坦探针正在改变这一局面。奥康纳及其同事写道：“在过去三十年里，对激波突破事件的观测一直很有限，因为需要爆炸时间与窄视场仪器的观测机会偶然巧合，但2024年1月发射的爱因斯坦探针，使得最近几年的发现率大幅提升。”

像BlackCAT、ULTRASAT和UVEX这样的新任务，应该能让天体物理学家探测到更多的激波突破。奥康纳和他的合作者表示，这些望远镜的联合观测将有助于推动“一场激波突破革命，并拓展我们对大质量恒星死亡及其爆炸前质量损失与爆发活动的理解。”

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