초신성이 블랙홀이나 중성자별을 생성하는 핵심 연결고리 발견

天文学家发现了大质量恒星爆炸性死亡与宇宙中最紧凑、最神秘的天体–黑洞和中子星–形成之间的直接联系。在欧洲南方天文台甚大望远镜(ESO’s VLT)和欧洲南方天文台新技术望远镜(ESO’s New Technology Telescope,NTT)的帮助下,两个研究小组观测到了附近星系中一颗超新星爆炸的余波,找到了它留下的神秘紧凑天体的证据。

출처: ESO/L. Calçada
신용 거래:ESO/L. Calçada

当大质量恒星的生命走到尽头时,它们会在自身引力的作用下迅速坍缩,从而发生被称为超新星的剧烈爆炸。天文学家认为,在经历了爆炸的所有刺激之后,剩下的就是恒星的超高密度内核或紧凑型残余物。根据恒星的质量大小,这个紧凑的残余物要么是一颗中子星–它的密度非常大,一茶匙的物质在地球上就有大约一万亿公斤重;要么是一个黑洞–没有任何东西,甚至光都无法从其中逃逸。

天文学家在过去已经发现了许多暗示这一系列事件的线索,比如在蟹状星云中发现了一颗中子星,蟹状星云是近千年前一颗恒星爆炸时留下的气体云。但他们以前从未见过这一过程的实时发生,这意味着超新星留下紧凑残余物的直接证据仍然难以捉摸。” 以色列魏兹曼科学研究院研究员陈平是今天发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究的主要作者,他在美国新奥尔良举行的第243届美国天文学会会议上介绍了这项研究。

2022年5月,南非业余天文学家贝托-莫纳德(Berto Monard)在7500万光年外的邻近星系NGC 157的旋臂中发现了超新星SN 2022jli。两个不同的研究小组将注意力转向了这次爆炸的余波,发现它有一种独特的行为。

爆炸后,大多数超新星的亮度都会随着时间的推移而逐渐消失;天文学家看到的是爆炸 “光曲线 “的平滑、逐渐下降。但SN 2022jli的行为却非常奇特:当整体亮度下降时,它并不是平滑地下降,而是每隔12天左右上下摆动一次。北爱尔兰贝尔法斯特皇后大学的博士生托马斯-摩尔(Thomas Moore)说:”在SN 2022jli的数据中,我们看到了亮度增强和减弱的重复序列。”他领导了一项对该超新星的研究,并于去年年底发表在《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)上。”摩尔在他的论文中指出:”这是第一次在超新星光曲线中检测到多次周期性振荡。

摩尔和陈团队都认为,SN 2022jli 系统中存在不止一颗恒星可以解释这种行为。事实上,大质量恒星与伴星在轨道上运行并不罕见,这就是所谓的双星系统,导致SN 2022jli发生的恒星也不例外。然而,这个系统的非凡之处在于,伴星似乎在其伙伴的暴死中幸存了下来,而且这两个天体–紧凑的残余物和伴星–很可能一直在彼此的轨道上运行。

摩尔研究小组收集的数据,包括利用ESO在智利阿塔卡马沙漠的NTT进行的观测,并不能让他们准确地确定这两个天体之间的相互作用是如何造成光曲线的高低起伏的。但是,陈博士的团队进行了额外的观测。他们发现该系统的可见光亮度与摩尔研究小组探测到的一样有规律地波动,他们还发现该系统中氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。他们之所以能够进行观测,要归功于地面和太空中的一系列仪器,包括同样位于智利的欧洲南方天文台 VLT 上的 X-shooter 仪器。

将所有线索综合起来,两个研究小组普遍认为,当伴星与超新星爆炸时抛出的物质相互作用时,其富含氢气的大气层变得比平时更膨松。然后,爆炸后留下的紧凑天体在其轨道上穿过伴星的大气层时,会窃取氢气,在自身周围形成一个热的物质圆盘。这种周期性的物质窃取(或称吸积)释放出大量能量,在观测中被捕捉到为有规律的亮度变化。

尽管研究小组无法观测到来自紧凑天体本身的光,但他们得出结论,这种能量窃取只能是由于一颗看不见的中子星,或者可能是一个黑洞,从伴星的浮肿大气中吸引了物质。”陈说:”我们的研究就像通过收集所有可能的证据来解决一个谜题。”所有这些碎片排列在一起,就能找到真相”。

在确认了黑洞或中子星的存在之后,关于这个谜一样的系统还有很多问题需要解开,包括这个紧凑天体的确切性质,或者等待这个双星系统的可能是什么结局。下一代望远镜,如欧洲南方天文台计划在本十年晚些时候开始运行的超大望远镜,将对此有所帮助,使天文学家能够揭示这个独特系统前所未有的细节。

来源:ESO

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