天文学家首次获得了一颗恒星“二次爆炸”后死亡的直接视觉证据。通过使用甚大望远镜观测超新星遗迹 SNR 0509-67.5配资平台推荐,他们发现了可清晰辨识的爆炸特征,证实一颗白矮星经历了两次爆炸。这一发现揭示了宇宙中最剧烈的一类爆炸——Ia型超新星——可能存在另一种全新的爆发机制。研究结果已发表于近期的《自然·天文》杂志上。
这张图像显示了超新星遗迹SNR 0509-67.5,这是数百年前一颗恒星在双重爆震中死亡后,遗留下的膨胀遗迹。科学家通过不同颜色描绘不同元素的分布,蓝色代表钙元素,清晰呈现出两个同心壳层,揭示了这颗恒星经历了两次爆炸;橙色代表氢元素(Hα)。(图/ESO/P. Das et al. & K. Noll et al.)
宇宙中的剧烈爆炸
Ia型超新星是天文学中极其重要的“测距工具”,因为它们几乎都以相同的亮度爆炸,因此可用于通过其亮度来推算它们与地球的距离。正是依靠这些距离数据,天文学家得以描绘出宇宙膨胀的历史轨迹,并最终发现了一种推动宇宙加速膨胀的神秘力量——暗能量。
除了对于我们理解宇宙的膨胀至关重要,地球上的铁元素,甚至包括我们血液中的铁,也主要来源于Ia型超新星爆炸。
与大多数超新星源于大质量恒星的爆炸不同,科学界普遍认为,Ia型超新星源自于白矮星的爆炸。
当一颗类似太阳的恒星在耗尽燃料时,其核心就会坍缩形成致密的白矮星。它主要是由碳和氧等元素构成,其质量本身不足以继续进行核反应。但在某些情况下,如果它从外界吸收了额外的物质并达到了某个临界质量,就有可能重新点燃剧烈的核聚变反应,最终将自己炸得粉碎。
然而,这些额外物质究竟来自哪里,一直是学界争论的焦点。
质量极限 vs 双重爆震
目前的主流理论认为:Ia型超新星诞生于一对白矮星与伴星组成的双星系统。当白矮星与伴星足够接近时,它会不断从伴星吸取物质,直到达到所谓的“钱德拉塞卡质量极限”,进而引发剧烈爆炸。
左:白矮星的引力会吸引伴星的气体;右:当白矮星的质量达到所谓的钱德拉塞卡极限时,它就会爆炸形成Ia型超新星。(图/原理)
但近年来,一些研究还提出了另一种可能:白矮星即使未达到临界质量,也可能形成Ia型超新星。
具体来说,白矮星会在表面会积累一层富含氦的外壳,这层氦在变得不稳定后首先发生爆炸,随后产生的激波会沿着白矮星表面传播并向内传入核心,引发第二次爆炸,最终形成Ia型超新星。这个过程被称为“双重爆震”(double detonation)。
虽然“双重爆震”理论早已有之,却一直缺乏直接的视觉证据。
关键证据:双层钙壳结构
在新的研究中,研究人员特别关注了钙元素,它可以通过两种机制形成:
一部分钙来自富含氦的外壳,在第一次爆炸发生之前,通过核聚变形成;
另一部分钙则是在核心的物质发生聚变时产生的。由于这些物质在超新星爆发中被快速抛出,从而来不及经历进一步的核反应,未能转变为更重的元素。
由于钙元素分别由两次爆炸生成,因此天文学家预测:超新星爆炸后形成的膨胀碎片中将存在两个彼此分离的钙壳层,中间隔着一定距离,且这些结构即使在爆炸多年后仍可被观测到。
图中展示的是SNR 0509-67.5遗迹中钙元素的分布,叠加的曲线清晰勾勒出两个同心的钙壳层,这是恒星在数百年前经历两次爆炸时分别喷发出的产物。(图/ESO/P. Das et al.)
现在,对一个名为SNR 0509-67.5的遗迹的观测结果,为这一模型提供了直接的支持证据:研究人员在这一超新星遗迹中发现了这一标志性结构。他们利用甚大望远镜上的多元光谱探测仪(MUSE),成功识别出这两个由高电离钙构成的壳层。
他们的研究表明,SNR 0509-67.5在爆炸时可能是一颗质量与太阳大致相当的白矮星,其爆炸很可能是由外层一个仅占太阳质量约3%的氦壳发生爆震所触发的。新结果说明,白矮星在未达到钱德拉塞卡极限前就能爆炸,同时也说明“双重爆震”机制确实存在于自然界。
超新星遗迹 SNR 0509-67.5的整体结构的艺术构想图。(图/ESO/M. Kornmesser)
一场壮观“烟火秀”带来的新疑问
(视频/ESO)
然而,这一发现也引发了一个核心问题:Ia型超新星的亮度是否真的恒定不变?如果白矮星尚未达到传统的临界质量就能通过双重爆震引发爆炸,那么部分Ia型超新星的亮度可能会明显低于预期。
更复杂的是,研究团队指出,在某些双星系统中,如果存在第二颗距离足够近的白矮星,首颗超新星爆炸产生的碎片甚至可能引发另一场“双重爆震”。两次爆炸可能在时间和空间上都极为接近,在观测上几乎难以区分。因此,科学家仍需进行大量模拟和理论建模,才能全面评估这一机制对宇宙学测距和Ia型超新星标准性所带来的深远影响。
#参考来源:
https://www.eso.org/public/news/eso2511/
https://arstechnica.com/science/2025/07/new-evidence-that-some-supernovae-may-be-a-double-detonation/
https://www.nature.com/articles/s41550-025-02589-5
#图片来源:
封面图&首图:ESO/P. Das et al. & K. Noll et al.
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