科學家觀測到超強超新星爆發，能量來自磁星

IT之家 5 月 25 日消息，美國國家航空航天局（NASA）的費米伽馬射線空間望遠鏡觀測到一次極其明亮、能量超強的超新星爆發。這場爆炸的能量可能來自一顆強磁性的死亡恒星 —— 一種被稱為磁星的中子星。這顆磁星實則誕生于此次超新星爆發之中：當一顆質量遠大于太陽的恒星走到生命盡頭，其核心發生引力坍縮，最終催生了這顆特殊天體。

據IT之家了解，在這類核心坍縮型超新星爆發過程中，質量為太陽 1 至 2 倍的恒星核心會急劇收縮，最終坍縮至半徑約 20 千米，形成中子星，科學家本次觀測到的天體正是如此。劇烈的壓縮不僅讓中子星擁有極致密度：若取一茶匙中子星物質帶到地球，重量可達千萬噸（相當于 350 座自由女神像的重量），還會讓中子星實現每秒最高 700 次的高速自轉。恒星坍縮時，磁場線也會被擠壓收攏，大幅增強磁場強度，這也讓磁星成為目前已知宇宙中磁場最強的天體。

巴黎薩克雷大學的研究團隊負責人法比奧?阿塞羅在一份聲明中表示：“近 20 年來，天文學家一直在費米望遠鏡的觀測數據里，搜尋數千顆超新星釋放的伽馬射線信號。此前雖發現過一些可疑線索，但始終沒有確鑿證據，如今這一局面終于被打破。”

極亮超新星

過去數十年間，天文學家已觀測到約 400 次核心坍縮型超新星爆發。根據瀕死恒星初始質量的不同，這類爆發也有可能誕生黑洞。其中一部分爆發被歸為超亮超新星，它們釋放的可見光亮度，是普通核心坍縮型超新星的十倍以上。

2024 年，科學家宣布借助費米望遠鏡，成功探測到編號為 SN 2017egm 的高能超新星所釋放的伽馬射線 —— 伽馬射線是能量最高的光輻射。該超新星爆發發生在 NGC 3191 星系，距離地球約 4.4 億光年。由于距離極其遙遠，爆發產生的伽馬射線耗時 4.4 億年才抵達地球與費米望遠鏡，但它仍是人類觀測到的距離地球最近的核心坍縮型超新星之一。

西班牙巴塞羅那空間科學研究所的吉列姆?馬蒂 - 德韋薩在聲明中說道：“我們梳理了費米望遠鏡升空前 16 年的觀測數據，重點排查六顆距離最近的超亮超新星。結果只有 SN 2017egm 明確顯現出伽馬射線信號，這也證實了此前的推測：部分超新星在伽馬射線波段的亮度，能與可見光波段持平。這為研究這類奇特的宇宙現象開辟了全新方向。”

科學家一直試圖解開超亮超新星能量爆棚的謎團。有一種理論認為，這類爆發會誕生磁星，而磁星的磁場強度是普通中子星的一千倍，超強磁場正是額外能量的來源。

研究團隊對 SN 2017egm 的可見光與伽馬射線輻射展開觀測，并將觀測數據與理論模型進行比對。該模型模擬了新生磁星釋放光線和粒子的過程，重點還原了粒子與超新星拋射的外層物質殼層之間的相互作用。研究人員格外關注一片由電子、正電子（電子的反物質粒子）構成的粒子云。

科學家認為，這片粒子云由高速自轉的新生磁星拋射而出，并將其命名為磁星風星云。磁星風星云能夠促進伽馬射線的產生與吸收：當物質粒子與反物質粒子相遇時會發生湮滅，釋放出伽馬射線。這些伽馬射線撞擊超新星殘骸外層殼層后，會轉化為能量更低的可見光，這也解釋了為何超亮超新星會擁有極強的可見光亮度。

阿塞羅解釋道：“恒星核心坍縮約三個月后，隨著超新星殘骸不斷膨脹、降溫，伽馬射線開始向外擴散。這套磁星模型能夠很好地還原爆發初期數月內，超新星的亮度變化以及伽馬射線的抵達時間。不過在后期，可見光出現無規律衰減，現有模型仍存在優化空間。”

針對可見光不規則變暗的現象，阿塞羅及其團隊也提出了猜想：在恒星發生超新星爆發的數百年前，這顆恒星就已向外拋射出大量物質，這些物質后來回落至磁星表面，或許是造成亮度異常衰減的原因。

團隊還對未來觀測設備的性能進行了評估，分析了新一代地面伽馬射線觀測站 —— 切倫科夫望遠鏡陣列捕捉類似 SN 2017egm 這類天體爆發的能力。該望遠鏡陣列分別坐落于帕瑞納天文臺以及西班牙拉帕爾馬島。測算結果顯示，累計觀測 50 小時的情況下，它能夠探測到距離地球約 5 億光年范圍內的同類宇宙爆發。

這一設備將有望幫助科學家徹底揭開超強超新星的奧秘。

美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的團隊成員朱迪?拉庫辛表示：“本文提出的磁星中心能量機制，依托過去二十年間人類在磁星觀測與理論研究上取得的諸多進展。而探測超新星的伽馬射線，將為我們探索其內部運作機制提供全新手段。”

該研究成果已于 5 月 20 日（周三）發表在《天文學與天體物理學》期刊上。