宇宙中所有鈣的一半，包括我們牙齒和骨骼中的鈣，都是在最后一顆垂死的恒星中產(chǎn)生的。

這些被稱為“ 富含鈣的超新星”的恒星爆炸是如此罕見，以至于天體物理學(xué)家一直努力尋找并隨后對其進行研究。因此，這些超新星的性質(zhì)及其產(chǎn)生鈣的機制仍然難以捉摸。

現(xiàn)在，由西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團隊可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些罕見的神秘事件的真實本質(zhì)。研究人員有史以來第一次用X射線成像技術(shù)檢查了富含鈣的超新星，它在恒星生命的最后一個月和最終爆炸中提供了前所未有的瞥見。

新發(fā)現(xiàn)表明，富含鈣的超新星是一顆緊湊的恒星，在其生命的最后階段會散發(fā)出外層氣體。當恒星爆炸時，其物質(zhì)與外殼中的松散物質(zhì)碰撞，發(fā)出明亮的X射線。整體爆炸會導(dǎo)致強烈的高溫和高壓，從而推動產(chǎn)生鈣的化學(xué)反應(yīng)。

主持這項研究的西北大學(xué)一年級學(xué)生永利·雅各布森·加蘭(Wynn Jacobson-Galan)說：“這些事件的數(shù)量很少，我們還不知道是什么產(chǎn)生了富含鈣的超新星。” “通過觀察這顆恒星在達到關(guān)鍵的，動蕩的結(jié)局之前的最后一個月所做的事情，我們凝視著一個以前未曾探索過的地方，為瞬態(tài)科學(xué)開辟了新的研究途徑。”

這項研究的資深作者西北航空的拉法拉·馬古蒂(Raffaella Margutti)表示：“在這次事件發(fā)生之前，我們已經(jīng)獲得了有關(guān)什么富含鈣的超新星的間接信息。” “現(xiàn)在，我們可以自信地排除幾種可能性。”

這項研究將于8月5日在“天體物理學(xué)雜志 ”上發(fā)表。來自15個以上國家/地區(qū)的近70位合著者對該論文做出了貢獻。

Margutti是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)助理教授，并且是CIERA(天體物理學(xué)跨學(xué)科探索與研究中心)的成員。Jacobson-Galan是Margutti瞬態(tài)研究小組的NSF研究生研究員。

引發(fā)了全球合作

業(yè)余天文學(xué)家喬爾·謝潑德(Joel Shepherd)在西雅圖注視時，首次發(fā)現(xiàn)了明亮的爆發(fā)，被稱為SN2019ehk。2019年4月28日，謝潑德使用他的新望遠鏡觀看了距地球5500萬光年的螺旋星系Messier 100(M100)。第二天，框架中出現(xiàn)了一個亮橙色的點。Shepherd向社區(qū)天文調(diào)查報告了異常情況。

雅各布森-加蘭說：“一旦世界知道M100可能存在超新星，就會引發(fā)全球合作。” “每個擁有突出望遠鏡的國家都轉(zhuǎn)向觀察這個物體。”

其中包括美國領(lǐng)先的天文臺，例如NASA的Swift衛(wèi)星，夏威夷的WM凱克天文臺和加利福尼亞的里克天文臺。可遠程訪問Keck的西北團隊是觸發(fā)其望遠鏡檢查光波長SN2019ehk的全球眾多團隊之一。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的研究生Daichi Hiramatsu是第一個觸發(fā)Swift來研究X射線和紫外線的SN2019ehk的人。Hiramatsu還是Las Cumbres天文臺的科學(xué)家，在其全球望遠鏡網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測超新星的長期演變中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

全世界的后續(xù)行動進展如此之快，以至于爆炸后僅10小時就觀察到了超新星。用Swift探測到的X射線發(fā)射只停留了五天，然后完全消失了。

Margutti說：“在瞬態(tài)世界中，我們必須非常非?？斓匕l(fā)現(xiàn)事物，然后才能消失。” “最初，沒有人在尋找X射線。Daichi注意到了一些東西，并提醒我們注意看起來像X射線的東西的奇怪外觀。我們看著這些圖像，發(fā)現(xiàn)那里有東西。它比任何人都發(fā)光得多從來沒有想過的理論可以預(yù)測富含鈣的瞬變在X射線波長下如此發(fā)光。”

“最富有的人”

盡管所有鈣均來自恒星，但富含鈣的超新星卻是最強大的動力。典型的恒星在一生中會通過燃燒氦氣緩慢地產(chǎn)生少量鈣。另一方面，富含鈣的超新星可在數(shù)秒內(nèi)產(chǎn)生大量鈣。

“爆炸正試圖降溫，”馬古蒂解釋說。“它希望釋放能量，而鈣的釋放是實現(xiàn)這一目標的有效方法。”

美國西北航空隊使用凱克(Keck)發(fā)現(xiàn)，SN 2019ehk散發(fā)的天體鈣含量最高，是單個天體物理事件中觀察到的最多的鈣。

瑪格蒂說：“不僅僅是鈣含量高。” “這是有錢人中最富有的人。”

發(fā)現(xiàn)新線索

SN2019ehk的簡短發(fā)光度告訴了另一個有關(guān)其性質(zhì)的故事。西北研究人員認為，恒星在最后幾天會散發(fā)出一層氣體。當恒星爆炸時，其物質(zhì)與外層相撞，產(chǎn)生明亮，充滿活力的X射線爆發(fā)。

雅各布森-加蘭說：“光度告訴我們這顆恒星脫落了多少物質(zhì)，以及該物質(zhì)離恒星有多近。” “在這種情況下，恒星在爆炸前損失了非常少量的物質(zhì)。該物質(zhì)仍在附近。”

盡管哈勃太空望遠鏡在過去的25年中一直在觀測M100，但功能強大的裝置從未記錄過這顆恒星-經(jīng)歷了它的最終進化-負責(zé)SN2019ehk。研究人員使用哈勃望遠鏡的圖像在爆炸發(fā)生之前檢查了超新星的位置，并說這是這顆恒星真實本質(zhì)的又一線索。

雅各布森-加蘭說：“這可能是一顆白矮星或質(zhì)量很低的大質(zhì)量恒星。” “這兩個都將非常微弱。”

Margutti補充說：“沒有爆炸，您將不會知道那里有任何東西。” “甚至哈勃也看不到它。”