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天文學家找到超新星爆炸時生成中子星或黑洞的直接證據
這是天文學家首次發現大質量恆星死亡時產生緻密天體中子星或黑洞—的直接證據。
當大質量恆星接近生命盡頭時﹐由於自身引力的急劇坍縮﹐引發一場超新星爆炸。天文學家相信﹐在這爆炸劇變之後﹐剩下的是恆星的超高密度核心殘骸。根據恆星的質量﹐這高密度核心殘骸可能是一顆中子星﹐密度高到一茶匙的大小重約一兆公斤﹔或者是一個黑洞﹐一個重力場大到連光都無法逃離的物體。雖然過去有模型和線索支持這一理論﹐例如在蟹狀星雲中發現的中子星﹐但以前從未真實觀察到緻密天體生成的過程﹐這使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接證據一直難以捉摸。
2022年5月南非業餘天文學家在距離7500萬光年的星系NGC 157的螺旋臂中發現了超新星SN 2022jli。隨後兩個獨立的研究團隊(Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024)將注意力轉向這次爆炸的後續﹐並發現它具有獨特的行為﹐進而發現了大質量恆星死亡時產生緻密天體中子星或黑洞的直接證據。在爆炸之後﹐大多數超新星的亮度會隨時間逐漸減弱﹐通常呈現出「平滑﹑漸進的下降」的光曲線。但SN 2022jli的行為卻非常奇特﹐隨著總體亮度的降低其變化呈現非連續平滑的趨勢﹐而是每隔約12天上下擺動一次形成交替出現的明亮和減暗的序列。這是超新星光曲線中首次檢測到的重複週期振蕩。Moore和Chen兩個團隊都認為﹐SN 2022jli系統中存在多顆恆星可能解釋了這種行為。
實際上﹐大質量恆星與伴星相互環繞是相當普遍的被稱為雙星系統﹐而SN 2022jli也不例外。然而﹐引人注目的地方在於觀測發現其系統中氫氣呈現週期性運動和週期性的伽馬射線爆發﹐這顯示伴星似乎在超新星爆炸過程中倖存﹐並且可能持續與另一顆超新星互相繞行。儘管無法直接觀測到緻密天體本身的光﹐但這種能量激增只能歸因於一顆看不見的中子星﹐或者可能是一個黑洞﹐定期吸引伴星氫氣大氣層中的物質﹐導致氫氣的週期性運動和伽馬射線的爆發並在研究人員的數據中表現為亮度的週期波動。這項研究就像是透過收集所有可能的證據解開一個謎題﹐在超新星爆炸時黑洞或中子星的存在得到了確認。
這是一幅藝術家手中SN 2022jli系統的超新星爆炸後的畫面。大質量恆星爆炸成超新星後﹐留下一個緻密的物體中子星或黑洞。伴星在爆炸中倖存﹐緻密天體和它的伴星繼續互相繞行﹐緻密天體定期從伴星的氫氣大氣層中吸取物質。這些物質的增加在研究人員的數據中表現為亮度的定期波動﹐以及氫氣的週期性運動和伽馬射線的爆發。
這次的研究觀測資料主要利用了歐洲南方天文台(ESO)的非常大望遠鏡(VLT)和新技術望遠鏡(NTT)進行觀測。隨著黑洞或中子星的存在得到確認﹐SN 2022jli系統還有很多需要揭示的事情﹐包括緻密天體的確切性質﹐以及這個雙星系統可能面臨的結局。期待下一代望遠鏡﹐如ESO的極大望遠鏡(ELT)﹐將有助於解開這個謎團﹐讓天文學家揭示這個獨特系統的前所未見的細節。
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