科學家發現新型恒星爆炸：“電子捕獲超新星”的第壹個令人信服的證據
據外媒報道， 由Las Cumbres天文臺的科學家領導的壹個全球團隊發現了壹種新型恒星爆炸--“電子捕獲超新星”的第壹個令人信服的證據。 雖然科學家提出這個理論已經有40年時間，但現實世界中的例子卻壹直難以找到。它們被認為是由大質量超漸近巨支恒星（SAGB）的爆炸產生的，而這方面的證據也很少。這壹發現也為公元1054年的超新星的千年之謎提供了新的線索，這顆超新星在白天被全世界看到，最後成為蟹狀星雲。
從 歷史 上看，有兩種主要的超新星類型。壹種是熱核超新星--白矮星在雙星系統中獲得物質後的爆炸。這些白矮星是低質量恒星（質量不超過太陽8倍的恒星）到達生命終點後留下的密集灰核。另壹個主要的超新星類型是鐵核塌縮超新星，即壹顆大質量的恒星--超過太陽質量的大約10倍--耗盡了核燃料，其鐵核塌縮，形成壹個黑洞或中子星。電子捕獲超新星處於這兩類超新星的邊界上。這些恒星在其核心由氧、氖和鎂組成時停止核聚變；它們的質量不足以創造鐵。
在“電子捕獲超新星”中，氧-氖-鎂核心中的壹些電子被砸進它們的原子核中，這個過程被稱為電子捕獲。這種電子的移除導致恒星的核心在其自身的重量下彎曲並崩潰，從而導致電子捕獲超新星的出現。如果這顆恒星稍微重壹點，核心元素可能會融合，產生更重的元素，延長其壽命。因此，這是壹種“反金發女孩效應”：恒星不夠輕，無法逃脫其核心坍塌的命運，也不夠重，無法延長其生命，以後通過不同的方式死亡。
這是1980年開始由東京大學的 Ken’ichi Nomoto和其他人提出的理論。幾十年來，理論家們已經制定了在電子捕獲超新星及其SAGB星原體中尋找的預測。這些恒星應該有大量的質量，在爆炸前失去大部分質量，而這些靠近“垂死”恒星的質量應該具有不尋常的化學成分。那麽電子捕獲超新星應該是弱的，幾乎沒有放射性墜落物，並且核心有富含中子的元素。
這項發表在《自然-天文學》上的新研究是由加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）和拉斯坎布雷斯天文臺（LCO）的研究生Daichi Hiramatsu領導的。 Hiramatsu是全球超新星項目的核心成員，這是壹個由科學家組成的世界性團隊，使用全球各地和上空的幾十架望遠鏡。該團隊發現，超新星SN 2018zd有許多不尋常的特征，其中壹些是首次在超新星中看到。
該超新星相對較近--只有3100萬光年之遙--在星系NGC 2146中。這使得研究小組能夠檢查哈勃太空望遠鏡在爆炸前拍攝的檔案圖像，並在其爆炸前檢測到可能的前身星。觀測結果與最近在銀河系發現的另壹顆SAGB星壹致，但與紅超星的模型不壹致，紅超星是普通鐵心塌陷超新星的起源。
該研究查閱了所有已發表的超新星數據，發現雖然有些超新星具有預測的電子捕獲超新星的壹些指標，但只有SN 2018zd具有全部六個指標--壹個明顯的SAGB原生體、強烈的超新星前質量損失、不尋常的恒星化學成分、弱爆炸、少量放射性和富含中子的核心。
“我們壹開始就問'這個怪人是什麽'？”Hiramatsu說。"然後我們檢查了SN 2018zd的每壹個方面，並意識到所有這些都可以在電子捕獲方案中得到解釋。"
新的發現也照亮了過去最著名的超新星的壹些神秘之處。公元1054年，銀河系發生了壹顆超新星，根據中國和日本的記錄，它是如此明亮，以至於在白天可以看到23天，在晚上可以看到近兩年。由此產生的殘余物，蟹狀星雲，已經被研究得非常詳細。它以前是“電子捕獲超新星”的最佳候選者，但這是不確定的，部分原因是爆炸發生在近壹千年前。新的結果增加了人們對 歷史 上的SN 1054是壹顆電子捕獲超新星的信心。它還解釋了為什麽那顆超新星與模型相比相對明亮：它的亮度可能是由超新星噴出物與原生星拋出的物質碰撞而人為增強的，正如在SN 2018zd中看到的那樣。
東京大學Kavli IPMU的Ken Nomoto博士對他的理論被證實感到興奮，他補充說：“我非常高興，電子捕獲超新星終於被發現了，我和我的同事們在40年前就預測到了它的存在，並且與蟹狀星雲有聯系。我非常感謝為獲得這些觀測結果所做的巨大努力。這是壹個觀察和理論相結合的精彩案例。”
Hiramatsu補充說：“對於我們所有人來說，這是壹個‘尤裏卡時刻’，我們可以為關閉40年的理論循環做出貢獻，對於我個人來說，因為我的天文學生涯是從我在高中圖書館裏看著令人驚嘆的宇宙圖片開始的，其中之壹就是哈勃太空望遠鏡拍攝的標誌性的蟹狀星雲。”
"當我們發現壹個新的天體物理學物體時，羅塞塔石碑這個詞被經常用來作比喻，"Las Cumbres天文臺的工作人員和加州大學洛杉磯分校的兼職教師安德魯-豪威爾博士說，"但在這種情況下，我認為它很合適。這顆超新星實際上是在幫助我們解讀來自世界各地文化的千年記錄。它正在幫助我們將我們不完全了解的壹件事，即蟹狀星雲，與我們有難以置信的現代記錄的另壹件事，即這顆超新星聯系起來。在這個過程中，它正在教給我們基本的物理學知識：壹些中子星是如何產生的，極端的恒星是如何生存和死亡的，以及我們所組成的元素是如何產生和散布在宇宙中的。" 豪威爾博士是全球超新星項目的負責人，也是主要作者的博士生導師。