科學家發現了一顆新超新星，其亮度、能量和質量創人類宇宙記錄

• 圖註：許多奇怪的瞬態事件，例如AT2018cow，許多奇怪的瞬態事件，如AT2018cow，涉及某種超新星與以前被恆星吹掉的球狀物質雲相互作用，或者存在於圍繞中心爆炸周圍的物質中。最新的超發光超新星SN2016aps，與之前的一切都具有驚人的不同。
  

2016年2月22日，人類自動化天空掃瞄望遠鏡之一—— Pan-STARRS 瞬態測量——報告了一個明亮的新信號出現在天空中，剛好超過可見光到紅外的閾值。 這讓宇宙學家感到好奇，因為它來自天空的空曠地：那裡沒有恆星或星系，這意味著如果那裡沒有星系，那麼它是如此微弱和遙遠，以至於我們還沒有發現它。
經過三年多的跟蹤分析，科學家終於揭示了注定要發生的事情：人類見過的最亮、最具活力的超新星。 根據2020年4月13日發表在《自然天文學》上的一篇新論文，這很可能是整個宇宙中質量最大的恆星之一，也許是我們觀察到的恆星中質量最大的恆星。在內部，它保存著所有第一顆超新星的線索：宇宙中第一顆恆星產生的超新星。

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• 圖註：（現代）Morgan–Keenan光譜分類系統，其上方顯示每個星級的溫度範圍，以開爾文為單位。 我們的太陽是G級星，其產生的光的有效溫度約為5800 K，亮度為1太陽光度。恆星的質量可以低至太陽質量的8％，在恆星中燃燒時，它們的亮度約為太陽的0.01％，壽命是太陽的1000倍以上，但它們的質量也可以上升到太陽質量的數百倍，擁有我們太陽光度的數百萬倍，壽命只有幾百萬年。第一代恆星應幾乎全部由O型和B型恆星組成，並且可能包含的質量最高達太陽質量的1000倍以上。

通常，有兩種製造超新星的方法。每當一顆恆星誕生時，它都會以一定量的質量開始，而質量通常決定了它的命運。 要麼：

• 它出生時的質量介於太陽的8％到40％之間，在這種情況下，它將緩慢燃燒氫，然後收縮並消失，成為氦白矮星，
• 或它出生時的質量介於太陽質量的40％到800％之間，在那裡它將通過氫燃燒，變成燃燒氦的紅巨星，然後輕輕吹掉它的外層並收縮成碳和氧的白矮星，
• 或者其誕生時的質量是太陽的8倍（或更多），在這種情況下，它將通過氫、氦、碳、氧等燃燒，直到其核爆裂並坍塌，引發失控反應和超新星爆炸。
  

成為白矮星的恆星，如果白矮星吸收了足夠多的物質或與另一白矮星合併，則也有“第二次機會”成為超新星。

• 圖註：在這種巨大的恆星物質噴射中心發生的大災難，它都會產生足夠的能量，匹配觀察到的光譜，並重現超發光超新星的光曲線。超新星可以以多種方式出現，但是可觀察到的性質因類型而異。
  

所有超新星都有一些共同點。它們都涉及失控的聚變反應，將較輕的元素融合為較重的元素，從而形成了整個宇宙元素週期表中許多重元素。 通常，它們變亮，達到峰值亮度，然後下降，其亮度很大程度上取決於它們離我們的距離。
特別是白矮星產生的那些，遵循標準模式，這意味著如果我們觀察到亮度如何升高、升高和降低，我們就可以知道該天體距離我們有多遠。這是“標準蠟燭”的天文概念，如果我們知道某個事物的內在亮度（例如，根據其光曲線），以及它的光從宇宙的膨脹量（例如，其紅移）轉移了多少，我們可以確定它有多遠。這是我們弄清楚宇宙的組成，以及其隨著時間的演變如何發現的關鍵線索之一。

• 圖註：“標準蠟燭”非常適合根據測得的亮度推斷距離，但前提是您對蠟燭的固有亮度以及光源與光源之間的無汙染環境充滿信心。

典型的超新星只能在可見光中輻射約1％的能量，並且通常會發出與太陽在其約100億年壽命中所發出的總能量相當的總爆炸能量。可以肯定的是，這是令人印象深刻的，並且代表了恆星消亡的最活躍的方式之一。但是每隔一段時間，就會出現超新星，這在亮度和能量方面令我們感到驚訝：這是一個宇宙異常值。
具體來說，比這些典型的宇宙大爆炸還要明亮，充滿活力的大爆炸被稱為超發光超新星，導致它們如此異常的成因有許多看法。它們可能是非常巨大的恆星，排出物質，然後在超新星發生時，衝擊波撞擊到該物質上？ 這種情況似乎與我們見過的最著名的“超新星冒名頂替者”海山二星（Eta Carinae）保持一致。

• 圖註：19世紀的"超新星冒名頂替器"引發了一次巨大的噴發，從海山二星向星際介質噴出許多恆星的物質。恆星本身在某些時候仍然會超新星，而被彈出的物質在決定最終超新星的亮度方面可能起著關鍵作用。
  

另一方面，有一種觀點認為，超發光超新星是由配對不穩定機制產生的。通常，恆星質量越大，隨著恆星的發展，核心溫度就越高。超過某個閾值，能量上升得如此之高，單個光子與粒子之間的碰撞攜帶了足夠的能量，以至於它們可以通過愛因斯坦的E =mc²自發地產生新的粒子-反粒子對，尤其是電子和正電子。
超過該能量閾值時，其中一些高能光子將轉換為物質（和反物質），從而導致內部輻射壓力下降。這導致核心收縮並進一步加熱，從而導致更多的光子轉化為物質（和反物質），依此類推。最終，發生了失控的聚變反應，整個恆星在一次巨大的爆炸中破裂了。

• 圖註：該圖說明了天文學家曾經認為觸發了稱為SN 2006gy的超新星事件的成對過程。當產生足夠高能量的光子時，它們將產生電子/正電子對，從而引起壓降和失控反應，從而破壞恆星。此事件稱為不穩定對超新星。超發光超新星的峰值發光度是任何其他“正常”超新星的峰值發光度的許多倍。
  

2020年1月，一篇新的論文發表，證明雙不穩定機制不能解釋超光超新星實際觀測到的光曲線。相反，他們意識到，先前噴出的物質可能覆蓋了兩個恆星核心，然後合併產生一顆超新星。這就解釋了之前的超光超新星，比如SN2006gy。
現在，另一方面，一個新的超發光超新星（SN2016aps）出現了，它把其他一切都吹出了水。根據我們觀測到的光和後來確定的36億光年遠的暗主星系的距離，我們看到了前所未有的現象：一個如此明亮的事件，其輻射能量是先前典型超新星的500倍以上。沒有一顆超新星，甚至之前的任何一顆超發光超新星，能與之匹敵。

• 圖註：有史以來超發光的超新星，全部聚集在一起。請注意代表SN2016aps的頂部紅色光曲線，以及它所見過的所有其他超發光超新星明亮得多（y軸為對數刻度）。
  

你可能會懷疑，這是否是另一種暫時的事件。畢竟，恆星死亡時會發生各種各樣的奇異大災難。有潮汐擾動事件，恆星被引力作用撕裂。有超大質量黑洞突然在星系中心激活，發出巨大的輻射噴流。還有千新星，是中子星合併形成的。
顯然，這些都不是。一次高能量爆炸同時發生，不利於潮汐干擾。它偏離了它微弱的低質量星系的中心，表明它沒有積聚在一個超質量黑洞上。它消失得非常緩慢，並且含有太多的氫，從而消除了千新星的可能性。根據數據（包括光譜），剩下的就是這是一顆超發光的超新星，但是比以前的超新星更明亮。

• 圖註：所有重現SN2016aps觀測特性的模擬都依賴於大量的氫噴射、巨大的氦核和大規模的災難性爆炸。即便如此，一些極為罕見的過程仍需要發揮作用，要麼允許一顆具有磁星核的脈動不穩定對性超新星，要麼允許一對標準不穩定性超新星作為一個巨大的多星系統的一部分。

根據他們的觀察，參與這項研究的17位科學家隨後去模擬了什麼樣的大爆炸，可以重現他們觀察到的各種特徵，並得出令人震驚的結論。可以使用超發光超新星進行建模，但前提是它要比以往任何時候都大。 尤其是：

• 最近需要發射出大量的物質（最多幾十個世紀或幾個世紀以前）：至少有數十個太陽質量的物質，
• 恆星核心的質量也必須相當大：超過50個比氫重的太陽質量物質需要進入核心，
• 超新星本身必須迅速地發射出大量物質：同樣，至少有數十個太陽質量的物質，速度約為6,000 公里 / 秒，或光速的2％。
  

• 圖註：超大質量恆星Wolf Rayet 124與其周圍的星雲一起顯示，它是銀河係數千顆可能成為我們銀河系下一顆超新星的恆星之一。請注意，它周圍有大量的噴射物，這可能提供與導致最近觀測到的罕見類型的超發光超新星相似的環境。
  

現在，事情變得非常有趣。首先，所有重現這些情況的場景都需要巨大的恆星：100個太陽質量或更大數量的恆星。在那之後，作者找到了兩種方法來再現如此明亮的東西。一種方法是讓一顆恆星有一個巨大的破壞性事件，然後是一對脈動不穩定的超新星，導致其核心的磁星快速旋轉。這些都是非常罕見的事件；作者估計只有萬分之一的核崩塌超新星會以這種方式結束。
但是，可以擁有一個龐大的多星系統，其中一顆恆星經歷了一不穩定對超新星，而另一顆恆星則提供了星際物質。這應該更為罕見——可能是50,000分之一的事件——但我們隔壁星系中就擁有巨大的多星系統的環境：大麥哲倫星雲中的蜘蛛星雲。

• 圖註：富含氣體的蜘蛛星雲中的巨型恆星形成區域圈狀星雲。在右邊突出顯示的中央星團中可以找到人類已知的最大質量的恆星，其中R136a1的太陽質量約為260。在星團的中心部分可以發現許多多星系統和組成部分，包括幾十顆質量超過50個太陽質量的恆星。
  

也許只有十幾顆超光超新星被觀測到過，而這一顆就其絕對亮度而言，這絕對是超亮的。從亮度、能量和推測的恆星質量（其最佳擬合估計值是太陽質量的150倍以上）來看，從未見過的超新星能與之匹敵。外面確實有恆星爆炸，能量如此之大，以至於超過了以前所見過的任何東西。
關於這些天體的種類，還有很多要探究的東西：它們的餘輝是否具有放射性，它們的前身有多大，它們來自單星系統還是多星系統以及它們發生的頻率。隨著維拉·魯賓天文台和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡即將上線，我們將能夠在可觀察到的宇宙邊緣的一半以上檢測、分類和光譜測量這些天體。我們剛剛看到了冰山的一角，在21世界20年代的後期，我們將真正發現我們宇宙海洋下的物質。