一種罕見的爆炸恒星的神秘起源已被確定

宇宙的一大謎團(tuán)是所有金屬的真正來源。

我們知道它是在宇宙之火中鍛造的——但具體是哪場(chǎng)火，以及以何種比例，就更難確定了。

一種罕見的不含氫和氦的超新星是許多金屬的已知來源，盡管產(chǎn)生這些火爐的恒星是打了噴嚏的孤獨(dú)重量級(jí)恒星，還是與貪婪的伙伴一起散發(fā)的小質(zhì)量，從來都不清楚。

現(xiàn)在，由波蘭亞當(dāng)密茨凱維奇大學(xué)的馬丁·索拉爾 （Martín Solar） 和米哈烏·米哈沃夫斯基 （Micha? Micha?owski） 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，Ic 型超新星的祖先并不都是質(zhì)量巨大的孤狼，而是通常質(zhì)量較小的恒星，它們有一個(gè)雙星伴星，有助于塑造它們命中注定的爆炸的輸出。

“我們對(duì)大質(zhì)量恒星研究得越多，它們看起來就越復(fù)雜，”Micha?owski 告訴 ScienceAlert。

“我們知道它們的進(jìn)化和命運(yùn)取決于它們的質(zhì)量，然后我們了解到細(xì)節(jié)取決于它們?cè)诮饘僦械母患潭取，F(xiàn)在很明顯，同伴也可以極大地影響他們的生活。

Ic 型超新星是由已達(dá)到其壽命終點(diǎn)的大質(zhì)量恒星的核心坍縮引起的。恒星核心中的所有氫都已聚變成較重的元素，這顆恒星已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)地步，其核心元素非常重，以至于它們需要比聚變過程釋放的能量更多的能量來聚變。

隨著核爐不再釋放足夠的能量，向外的壓力下降，使恒星致密的核心屈服于引力。核心猛烈地坍縮成一個(gè)超致密的中子星或黑洞雖然外層以如此高的能量沖向太空，但更重的金屬也在噴射物中鍛造。

Ic 型超新星的奧秘在于，與其他超新星不同，它們膨脹的外殼中沒有可探測(cè)到的氫或氦。盡管在恒星核心中耗盡了，但較輕的元素應(yīng)該在大氣中保留了足夠的數(shù)量。

對(duì)于缺失元素之謎，已經(jīng)提出了兩種可能的解決方案。第一個(gè)涉及一顆質(zhì)量約為太陽(yáng) 20 到 30 倍的恒星，這顆恒星的質(zhì)量如此之大，可以產(chǎn)生能夠吹走其氫和氦的強(qiáng)恒星風(fēng)。

第二種選擇是雙星伴星——一顆較小的恒星，它足夠近，可以從質(zhì)量約為太陽(yáng) 8 到 15 倍的恒星中吸走氫和氦。

在這兩種情況下，氫和氦在超新星爆炸之前都被帶走，導(dǎo)致它們?cè)诔滦菄娚湮镏胁淮嬖凇?/p>

有幾種類型的核心坍縮超新星。通過查看檔案數(shù)據(jù)并找到從超新星位置消失的恒星，研究人員已經(jīng)能夠確認(rèn)其中 23 個(gè)觀測(cè)事件的祖先。

這些祖先都不是來自 Ic 型超新星，但 Micha?owski 和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的環(huán)境可能留下了一些線索。

“我受到一個(gè)名為 PHANGS（附近 GalaxieS 的高角分辨率物理學(xué)）的大型觀測(cè)程序的啟發(fā)。他們使用最大的望遠(yuǎn)鏡陣列，阿塔卡馬大型毫米波陣列，來觀察恒星形成的單個(gè)氣體云，“他解釋說。

“我發(fā)現(xiàn)，如果我用對(duì)超新星爆炸的云的新觀測(cè)來補(bǔ)充這些數(shù)據(jù)，那么我們就可以破譯爆炸恒星的性質(zhì)?！?/p>

在超新星位置留下的分子氣體可用于確定祖星的質(zhì)量。氫分子越多，恒星的質(zhì)量就越大。反過來，質(zhì)量更大的恒星聚變?nèi)剂系乃俣雀?，因此比質(zhì)量較小的恒星壽命更短。

研究人員研究了 Ic 型超新星留下的分子氣體，并將其與 II 型超新星留下的分子氣體進(jìn)行了比較，后者的祖星質(zhì)量在 8 到 15 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。兩種云中的氫是相同的——這意味著 Ic 型超新星畢竟來自質(zhì)量較小的恒星。

“我實(shí)際上預(yù)計(jì) Ic 型超新星的祖先會(huì)變成大質(zhì)量恒星，”Micha?owski 說?！笆聦?shí)證明，這些超新星中的大多數(shù)并不是以這種方式表現(xiàn)的。”

氫和氦仍然需要去某個(gè)地方;最有可能的地方是 binary companion。Micha?owski 解釋說，這個(gè)伴星通常在超新星中幸存下來，但爆炸的力量將伴星推向太空，在那里它以不同的速度度過了相當(dāng)正常的余生。

同時(shí)，這個(gè)解釋幫助我們理解宇宙中許多元素的來源。我們知道，涉及雙星伴星的超新星爆炸會(huì)產(chǎn)生碳含量的兩倍– 生命的基石 – 所以現(xiàn)在我們可以調(diào)整 Ic 型超新星對(duì)碳量的貢獻(xiàn)。

研究人員還希望對(duì)更多超新星的殘骸進(jìn)行天體鑒定，以幫助重建祖星的生活方式。

“具有此類觀測(cè)的大量超新星將進(jìn)一步推動(dòng)這項(xiàng)分析，因?yàn)檫@樣我們將能夠就其他一些有趣的特性分別研究它們，”Micha?owski 告訴 ScienceAlert。

“例如，我們不知道寬發(fā)射線的存在是否告訴我們關(guān)于這顆爆炸恒星的一些信息。或者宿主星系的某些特性是否會(huì)影響恒星的誕生或爆炸方式。此外，我們想以這種方式研究其他超新星類型。

該研究已發(fā)表在自然通訊.

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