超新星揭示了恒星內(nèi)部的真實面貌

一顆在生命結(jié)束時爆炸的恒星震撼了宇宙，這是人類從未見過的其他恒星。

2021 年，天文學家驚訝地看到一顆名為 SN2021yfj 的 22 億光年外的超新星綻放，富含硅、硫和氬氣——這是在爆炸恒星中從未見過的。

由美國西北大學的天體物理學家史蒂夫·舒爾茨領導的一個團隊表示，這種材料構(gòu)成了構(gòu)成大質(zhì)量恒星內(nèi)部的不同元素的理論同心殼的第一個直接證據(jù)，驗證了恒星的生命周期，并擴展了我們對大質(zhì)量恒星如何結(jié)束其生命的了解。

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“這個事件看起來確實是任何人以前從未見過的，”天體物理學家亞當·米勒說西北大學。

“這幾乎太奇怪了，以至于我們認為也許我們沒有觀察到正確的物體。這顆恒星告訴我們，我們對恒星如何演化的想法和理論太狹隘了。并不是說我們的教科書不正確，但它們顯然沒有完全捕捉到自然界產(chǎn)生的一切。一顆大質(zhì)量恒星結(jié)束生命的途徑一定有更多我們沒有考慮過的奇特途徑。

恒星的生命是由其核心的聚變提供動力的——其中的壓力和溫度如此之大，以至于原子被搗碎在一起融合成更重的元素。在大質(zhì)量恒星中，氫與氦融合，氦與碳融合，依此類推，一直到硫和硅融合成鐵。

鐵是這條線的盡頭，因為鐵的聚變需要的能量多于它產(chǎn)生的能量——恒星的喪鐘。但在恒星的生命周期中，產(chǎn)生的不同元素理論上會形成層，就像洋蔥一樣，最重的在中心，最輕的——氫和氦——在外面。

當恒星爆炸時，天文學家大多在噴射物中發(fā)現(xiàn)這些較輕元素的特征，而沒有多少更重的元素，只有碳和氧一樣遠。SN2021yfj 中較重元素的主導表明，在最后的爆炸性事件之前，一段時期比平時更加動蕩。

“這是我們第一次看到一顆基本上被剝光到骨頭的恒星，”舒爾茨說.“它向我們展示了恒星的結(jié)構(gòu)，并證明恒星在爆炸之前會損失大量物質(zhì)。它們不僅會失去最外層，而且可以完全剝離，仍然會產(chǎn)生輝煌的爆炸，我們可以從非常非常遠的距離觀察到。

導致一顆大質(zhì)量恒星死亡的時期的特點是不穩(wěn)定。這顆恒星將在超新星之前的一系列噴發(fā)中失去大量外部物質(zhì)。硅、硫和氬氣只能在其壽命即將結(jié)束時在恒星核心附近找到，這表明，不知何故，SN2021yfj 中心的恒星比正常爆炸的恒星損失了更多的質(zhì)量。

這究竟是如何發(fā)生的尚不清楚，但研究人員提出了一種場景，即恒星的死亡陣痛逐漸將其炸成碎片。當核心耗盡燃料時，它會在重力作用下不斷向內(nèi)擠壓，因為聚變提供的向外壓力減弱。

這種向內(nèi)壓力和熱量的增加然后在爆炸事件中重新點燃聚變，從而吹掉一些外部材料。這個過程的反復事件會看到恒星的大部分質(zhì)量像一件廢棄的外套一樣被剝掉，一個物質(zhì)外殼從恒星中膨脹。

研究人員說，在最后的爆炸過程中，速度更快的超新星噴射物會追上并撞擊這個外殼，從而產(chǎn)生從宇宙數(shù)十億光年看到的明亮光芒。但我們需要更多的數(shù)據(jù)才能證實這一理論。

“雖然我們有一個關于大自然如何造成這種特殊爆炸的理論，”米勒說.“我不會用我的生命打賭它是正確的，因為我們?nèi)匀恢挥幸粋€發(fā)現(xiàn)的例子。這顆恒星確實強調(diào)了發(fā)現(xiàn)更多這些罕見超新星的必要性，以更好地了解它們的性質(zhì)以及它們是如何形成的。

該研究已發(fā)表在自然界.

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