超新星揭示了恒星內部的真實面貌

一顆在生命結束時爆炸的恒星震撼了宇宙，這是人類從未見過的其他恒星。

2021 年，天文學家驚訝地看到一顆名為 SN2021yfj 的 22 億光年外的超新星綻放，富含硅、硫和氬氣——這是在爆炸恒星中從未見過的。

由美國西北大學的天體物理學家史蒂夫·舒爾茨領導的一個團隊表示，這種材料構成了構成大質量恒星內部的不同元素的理論同心殼的第一個直接證據，驗證了恒星的生命周期，并擴展了我們對大質量恒星如何結束其生命的了解。

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“這個事件看起來確實是任何人以前從未見過的，”天體物理學家亞當·米勒說西北大學。

“這幾乎太奇怪了，以至于我們認為也許我們沒有觀察到正確的物體。這顆恒星告訴我們，我們對恒星如何演化的想法和理論太狹隘了。并不是說我們的教科書不正確，但它們顯然沒有完全捕捉到自然界產生的一切。一顆大質量恒星結束生命的途徑一定有更多我們沒有考慮過的奇特途徑。

恒星的生命是由其核心的聚變提供動力的——其中的壓力和溫度如此之大，以至于原子被搗碎在一起融合成更重的元素。在大質量恒星中，氫與氦融合，氦與碳融合，依此類推，一直到硫和硅融合成鐵。

鐵是這條線的盡頭，因為鐵的聚變需要的能量多于它產生的能量——恒星的喪鐘。但在恒星的生命周期中，產生的不同元素理論上會形成層，就像洋蔥一樣，最重的在中心，最輕的——氫和氦——在外面。

當恒星爆炸時，天文學家大多在噴射物中發現這些較輕元素的特征，而沒有多少更重的元素，只有碳和氧一樣遠。SN2021yfj 中較重元素的主導表明，在最后的爆炸性事件之前，一段時期比平時更加動蕩。

“這是我們第一次看到一顆基本上被剝光到骨頭的恒星，”舒爾茨說.“它向我們展示了恒星的結構，并證明恒星在爆炸之前會損失大量物質。它們不僅會失去最外層，而且可以完全剝離，仍然會產生輝煌的爆炸，我們可以從非常非常遠的距離觀察到。

導致一顆大質量恒星死亡的時期的特點是不穩定。這顆恒星將在超新星之前的一系列噴發中失去大量外部物質。硅、硫和氬氣只能在其壽命即將結束時在恒星核心附近找到，這表明，不知何故，SN2021yfj 中心的恒星比正常爆炸的恒星損失了更多的質量。

這究竟是如何發生的尚不清楚，但研究人員提出了一種場景，即恒星的死亡陣痛逐漸將其炸成碎片。當核心耗盡燃料時，它會在重力作用下不斷向內擠壓，因為聚變提供的向外壓力減弱。

這種向內壓力和熱量的增加然后在爆炸事件中重新點燃聚變，從而吹掉一些外部材料。這個過程的反復事件會看到恒星的大部分質量像一件廢棄的外套一樣被剝掉，一個物質外殼從恒星中膨脹。

研究人員說，在最后的爆炸過程中，速度更快的超新星噴射物會追上并撞擊這個外殼，從而產生從宇宙數十億光年看到的明亮光芒。但我們需要更多的數據才能證實這一理論。

“雖然我們有一個關于大自然如何造成這種特殊爆炸的理論，”米勒說.“我不會用我的生命打賭它是正確的，因為我們仍然只有一個發現的例子。這顆恒星確實強調了發現更多這些罕見超新星的必要性，以更好地了解它們的性質以及它們是如何形成的。

該研究已發表在自然界.

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