科學家捕捉到超新星爆炸初期景象，細節空前

科技 08-17

天文學家首次捕捉到了一種罕見宇宙事件的空前細節——超新星爆炸及其噴射物猛烈撞擊伴星，在這之前，他們只不過能匆匆一瞥。這一發現要感謝DLT40觀測計劃，DLT40項目充分利用了最近取得的天文觀測進步——具體地說，就是讓世界各地的望遠鏡「組團」，結成一張全自動觀測網，大大提高天文學家的觀測能力。

爆炸初期景象

2017年3月10日，DLT40項目創建者、亞利桑那州大學助理教授大衛·桑德在NGC 5643星系發現了這顆超新星。它距地球5500萬光年，被命名為「SN 2017cbv」，是最近幾年發現的距地球最近的超新星之一。DLT40為「不到40兆秒差距」（1.2億光年）的英文首字母縮寫。這個觀測項目利用智利的PROMPT望遠鏡，後者能夠對大約500個星系進行觀測。

桑德與加州大學戴維斯分校的助理教授斯特凡諾·瓦倫蒂共同創建了DLT40觀測項目。兩人都曾是拉斯克魯塞斯天文台（以下簡稱LCO）的博士後。桑德說：「我們捕捉到了2017cbv最為初期的爆炸景象——爆炸後不到一天，甚至有可能是數小時內。」

發現超新星2017cbv幾分鐘後，桑德啟動了LCO天文台的全球觀測網路，共有18個全自動望遠鏡上陣。這些望遠鏡分布在世界各地，始終有一架處在地球夜面，隨時準備進行天文觀測。2017cbv是一顆熱核超新星或者說la型超新星。天文學家通過研究這種超新星，測算宇宙膨脹的加速度。la型超新星是白矮星爆炸產物，白矮星是恆星的寂滅核心。超新星發出的光線穿過宇宙深淵，宣示著它們的存在。它們的亮度在爆炸後幾天到幾周達到峰值，在隨後的數周或者數月逐漸暗淡。

揭開神秘伴侶身份

身為DLT40項目首席研究員的桑德表示：「白矮星無法依靠自己的力量變成la型超新星。它必須有一個伴星，我們試圖確定這個伴星的身份。」對於這種伴星的身份，科學家激烈爭論了50多年。過去幾年的流行觀點認為，超新星是兩顆白矮星螺旋靠近，最後猛烈爆炸合併的產物。另一種觀點認為伴星是一顆普通恆星，而不是白矮星。

根據桑德等人的觀測發現，2017cbv的光線曲線在最初3到4天出現一個小突起。由於DLT40項目的超短反應時間，天文文學得以發現這一特徵。他們捕捉到了白矮星與伴星交互產生的瞬間即逝藍光，最終揭示了神秘伴星的身份。桑德說：「我們的觀測發現更傾向於第二種觀點。光線曲線的突起由一顆白矮星爆炸產生的物質與伴星相撞導致。」

研究顯示這顆白矮星「偷」了一顆體積更大伴星（約為太陽半徑的近20倍），導致白矮星發生超新星爆炸。超新星與伴星相撞撼動超新星的物質，將其加熱並放射出以紫外線為主的藍光。如果伴星也是一顆白矮星，不可能出現這種現象。

研究領導人、加州大學聖-芭芭拉分校博士生格里芬·霍森扎德表示：「自2010年提出預測以來，我們一直在尋找超新星撞擊伴星產生的這種效應。此前，我們也發現了相關暗示。這一次，我們發現了具有壓倒性的證據。」

相關研究論文將在不久後刊登在《天體物理學雜誌快報》上，另有霍森扎德指出：「LCO天文台每隔幾小時便可對這顆超新星進行觀測。這種能力讓我們首次觀察到藍光的整個起伏。相比之下，常規望遠鏡會漏掉一兩個數據點。」DLT40項目的18架望遠鏡分布在8個地點，構成LCO天文台的心臟。在任何的給定時間段，LCO天文台都能對超新星進行不間斷觀測。

宇宙學的60瓦燈泡

由於亮度始終如一，Ia型超新星就像宇宙學的一個標準60瓦燈泡。科學家讓這種超新星充當碼尺，測量宇宙中的距離。桑德表示在一個與銀河系類似的星系，平均每100年才會發生一次超新星爆炸。由於超新星轉瞬即逝，DLT40等觀測計劃將伴星作為觀測對象。在得出這一發現過程中，LCO天文台的全自動觀測網起到了至關重要的作用。DLT40項目獲得美國國家科學基金會的資助。該項目2016年10月啟動，還將持續三年。

桑德說：「這項研究的秘密武器就是LCO天文台的聯網望遠鏡。DLT40項目側重的並不是數量。我們將目光鎖定在少數更值得觀測的目標，而不是數百個目標。」Ia型超新星可能有兩種誕生方式——兩顆白矮星或者一顆白矮星與一顆與之發生交互的普通恆星。桑德指出研究的目標是確定哪一種方式更為普遍：「觀測SN 2017cbv這樣的超新星是沿著這個方向邁出的重要一步。如果我們能夠對非常年輕的超新星進行觀測，我們便可進一步了解這些過程。這對我們加深對宇宙的認識（包括暗能量在內）具有重要意義。」