比千新星更奇異的宇宙爆發(fā)

反常的千新星

當(dāng)那些質(zhì)量最大的恒星走到生命盡頭時(shí)，會(huì)形成壯觀的超新星爆發(fā)，將碳、鐵等重元素播撒到宇宙之中。而當(dāng)一對(duì)中子星相互撞擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生另一種爆炸形式——千新星，這會(huì)鍛造出甚至更重的元素，比如金和鈾。

迄今為止，只有一次千新星事件得到了毫無歧義的確認(rèn)，那就是發(fā)生在2017年的歷史性事件——GW170817。在那次事件中，兩顆中子星猛烈相撞，在時(shí)空中激起漣漪，即引力波，同時(shí)也向整個(gè)宇宙釋放出電磁輻射。那次事件所釋放出的引力波被激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和室女座引力波探測器（VIRGO）探測到，而釋放出的電磁輻射則被世界各地?cái)?shù)十臺(tái)地面和空間望遠(yuǎn)鏡捕捉到。

在一項(xiàng)于近期發(fā)表在《天體物理學(xué)快報(bào)》上的研究中，天文學(xué)家報(bào)告了一個(gè)名為AT2025ulz的千新星候選事件。相較于GW170817，AT2025ulz的情況要復(fù)雜得多：研究人員提出，這一反常事件可能是一種前所未見的“超千新星”，即由超新星觸發(fā)的千新星。這種事件此前僅存在于理論設(shè)想之中，從未被觀測到。

像超新星的千新星

2025年8月18日，LIGO-Virgo-KAGRA合作組報(bào)告了一次新的引力波信號(hào)。

幾分鐘之內(nèi)，負(fù)責(zé)運(yùn)行這些引力波探測器的研究團(tuán)隊(duì)便向天文學(xué)界發(fā)出了警報(bào)，通知他們記錄到了一次看似源自兩個(gè)天體并合的引力波信號(hào)，并報(bào)道其中至少一個(gè)天體的質(zhì)量異常之小。警報(bào)中還附帶了一張關(guān)于信號(hào)源位置的粗略定位圖。

幾小時(shí)后，位于帕洛瑪天文臺(tái)的茨威基暫現(xiàn)源設(shè)施（ZTF）率先鎖定了一個(gè)距離地球約13億光年的快速變暗的紅色天體，該天體被認(rèn)為與引力波源起源于同一位置。

隨后，十余臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將觀測目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)該天體，以獲取更多信息。觀測結(jié)果證實(shí)，這次爆發(fā)的光迅速變暗，其輻射明顯偏紅——正如八年前的GW170817事件所表現(xiàn)的那樣。在GW170817千新星中，這種紅色輻射源自金等重元素；這些原子比輕元素?fù)碛懈嗟碾娮幽芗?jí)，因此會(huì)阻擋藍(lán)光，讓紅光穿透。

然而，在數(shù)天之后，AT2025ulz開始再次變亮，顏色轉(zhuǎn)為偏藍(lán)，并在其光譜中顯現(xiàn)出氫元素的特征——這些都是超新星而非千新星的典型跡象。可是，來自遙遠(yuǎn)星系的超新星通常無法產(chǎn)生足夠強(qiáng)的引力波，因此難以被LIGO和VIRGO探測到，而千新星則可以。

因此，一些天文學(xué)家認(rèn)為，AT2025ulz只是由一次普通超新星觸發(fā)的事件，實(shí)際上與引力波信號(hào)并無關(guān)聯(lián)。

到底可能發(fā)生了什么？

但是，這項(xiàng)研究的作者并沒有放棄探索。他們發(fā)現(xiàn)了幾條線索，讓他們察覺到這一事件有不同尋常之處。

首先，AT2025ulz并不像典型的千新星GW170817，也不像一顆普通的超新星。此外，LIGO和Virgo的引力波數(shù)據(jù)表明，并合體系中至少有一顆中子星的質(zhì)量低于太陽質(zhì)量——這就很令人非常困惑，因?yàn)橹凶有堑?strong>質(zhì)量范圍一般從約1.2倍太陽質(zhì)量到約3倍太陽質(zhì)量。

不過，也有一些理論學(xué)家曾提出，中子星的質(zhì)量可以更小，甚至低于太陽質(zhì)量，但這樣的中子星至今從未被觀測到。理論學(xué)家提出了兩種情景，用以解釋中子星的質(zhì)量為何可以比太陽質(zhì)量小：

• 在一種情景中，一顆快速旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆炸，留下了一顆高速旋轉(zhuǎn)的中子星。隨后該中子星在一種稱為“裂變”的過程中分裂成兩顆微小的、低于太陽質(zhì)量的中子星。

• 第二種情景稱為“碎裂”：同樣是一顆快速旋轉(zhuǎn)的恒星發(fā)生超新星爆炸，但這一次，在坍縮的恒星周圍形成了一個(gè)物質(zhì)盤。這個(gè)物質(zhì)盤中不均勻的團(tuán)塊狀物質(zhì)會(huì)逐漸聚合成一顆微小的中子星，其過程與行星形成的方式相似。

鑒于LIGO和Virgo探測到并合體系中至少存在一顆質(zhì)量低于太陽的中子星，因此研究人員認(rèn)為有可能是兩顆新形成的中子星以螺旋方式相互靠近并合，釋放出穿越宇宙的引力波，并最終爆發(fā)出千新星。

超千新星的藝術(shù)構(gòu)象圖：一顆大質(zhì)量恒星首先發(fā)生超新星爆炸（上）。隨后，兩顆中子星誕生（中），其中至少有一顆被認(rèn)為其質(zhì)量低于太陽。接著，這兩顆中子星以螺旋方式相互靠近并合，釋放出引力，并形成劇烈的千新星爆發(fā)（下）。千新星會(huì)向宇宙播撒最重的元素，例如金和鉑，這些元素主要會(huì)發(fā)出紅光。（圖/Caltech/K. Miller and R. Hurt (IPAC)）

當(dāng)千新星合成大量重元素時(shí)，最初會(huì)發(fā)出紅光，正如ZTF和其他望遠(yuǎn)鏡所觀測到的那樣。然而，初始超新星爆發(fā)拋出的膨脹碎屑，遮蔽了天文學(xué)家對(duì)千新星的觀測視野。

這段視頻展示了一種被假設(shè)存在的天體現(xiàn)象——超千新星：一顆大質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆炸，坍縮形成恒星核心，并在其中誕生出兩顆中子星。隨后，這兩顆中子星以螺旋方式相互靠近并最終并合，釋放引力波，同時(shí)向宇宙播撒金、鉑等重元素。（視頻/Caltech/K. Miller and R. Hurt (IPAC)）

換言之，一次超新星爆炸可能孕育出一對(duì)新生的中子星，而它們隨后并合，形成了千新星爆發(fā)。

尚未定論的發(fā)現(xiàn)

不過，盡管這一理論值得探討，但研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，目前證據(jù)仍不足以做出明確的斷言。

檢驗(yàn)“超千新星”理論的唯一辦法，是找到更多類似事件。研究人員表示，未來的千新星事件或許并不會(huì)像GW170817那樣典型，甚至可能會(huì)被誤認(rèn)為是超新星。因此，天文學(xué)家可以在類似這樣的數(shù)據(jù)中尋找新的可能性。

#參考來源：

https://www.caltech.edu/about/news/possible-superkilonova-exploded-not-once-but-twice

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae2000

#圖片來源：

封面圖&首圖：Caltech/K. Miller and R. Hurt (IPAC)