當(dāng)大質(zhì)量恒星到達(dá)生命的盡頭時(shí)，它們?cè)谧陨硪Φ淖饔孟录菜偬瑥亩l(fā)劇烈爆炸，這一劇烈的事件被稱為超新星。天文學(xué)家認(rèn)為，在經(jīng)歷了璀璨奪目的爆炸后，剩下的要么是恒星的核心，要么四分五裂“片甲不留”只剩殘?jiān)奶庯h散，還有可能是留下一個(gè)超致密的殘骸。根據(jù)恒星的質(zhì)量，致密的殘骸要么是中子星——一塊方糖大小的立方體重量如一座小山丘，要么是一個(gè)深不可測(cè)的黑洞——任何東西，甚至連光都無法逃脫的致密天體。

藝術(shù)家創(chuàng)作的雙星系統(tǒng)中的超新星爆發(fā)場(chǎng)景（來源：ESO/L. Cal?ada）

天文學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)過許多暗示此類事件的線索。例如在著名的蟹狀星云內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一顆中子星，從中國的史料上我們知道這是1054年宋代的一顆超新星爆炸留下的遺跡。但是，并沒有人見過從大質(zhì)量恒星爆炸成為超新星，然后又留下殘骸的全過程，這意味著這條證據(jù)鏈并不完整。超新星留下的致密殘骸往往因?yàn)樘√刀鵁o法直接觀測(cè)到。上個(gè)月，以色列魏茨曼科學(xué)研究所博士后研究員陳平等人通過《自然》雜志發(fā)布了一條關(guān)于超新星留下“身后遺產(chǎn)”的重要證據(jù)。

蟹狀星云（來源：NASA/ESA）

幸運(yùn)事件始于2022年5月，當(dāng)時(shí)南非業(yè)余天文學(xué)家貝爾托·莫納德（Berto Monard）在7500萬光年外 NGC 157 星系的旋臂中發(fā)現(xiàn)了一顆超新星 SN 2022jli，隨后，兩個(gè)獨(dú)立的小組持續(xù)跟蹤了它爆炸之后的表現(xiàn)，果然發(fā)現(xiàn)了它的獨(dú)特行為。大多數(shù)超新星的亮度會(huì)隨著時(shí)間推移而慢慢消退，光度曲線呈現(xiàn)平穩(wěn)下降態(tài)勢(shì)。但是 SN 2022jli 顯得與眾不同：雖然整體上亮度在下降，但不是很平穩(wěn)，而是每12天左右出現(xiàn)上下振蕩一次。另一個(gè)團(tuán)隊(duì)的主要領(lǐng)導(dǎo)者北愛爾蘭貝爾法斯特女王大學(xué)的博士生托馬斯·摩爾（Thomas Moore）表示這是第一次在超新星的光度曲線中檢測(cè)到多個(gè)重復(fù)周期振蕩。

上圖：超新星 SN 2022jli 亮度變化。下圖：超新星 SN 2022jli 相對(duì)亮度波動(dòng)（來源：P. Chen et al. 2023）

一個(gè)比較合理的解釋就是 SN 2022jli 并不孤獨(dú)，它的身邊有個(gè)同伴。事實(shí)上，這種情況在“食變雙星”中并不罕見，即兩顆恒星相互繞轉(zhuǎn)、相互遮掩，讓地球上的我們看到恒星的亮度周期性地振蕩。然而，值得注意的是，如果 SN 2022jli 是在一個(gè)雙星系統(tǒng)中，那么這意味著伴星似乎在 SN 2022jli 劇烈的“臨終咆哮”中幸存了下來。

超新星殘骸吸積伴星物質(zhì)藝術(shù)畫（來源：ESO/L. Cal?ada）

除了亮度的變化，陳平團(tuán)隊(duì)使用了地面和空間的觀測(cè)設(shè)備，如歐洲南方天文臺(tái)位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）。在第二架綽號(hào)為“月亮”（UT2，Kueyen）的望遠(yuǎn)鏡安裝有中分辨率光譜儀X-shooter，可覆蓋從紫外到近紅外的波段（我們?cè)凇丁芬晃闹刑岬竭^它的發(fā)現(xiàn)）。他們從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)中存在氫的周期性運(yùn)動(dòng)和伽馬射線的爆發(fā)。

安裝在VLT UT2上的X-shooter光譜儀（來源：ESO）

綜合所有線索，研究人員認(rèn)為，其原因是那顆伴星與 SN 2022jli 超新星爆炸過程中拋出的物質(zhì)相互作用，導(dǎo)致伴星富含氫的大氣變得更為膨脹。隨后，超新星爆炸后留下的致密物體在軌道上快速穿過伴星膨脹的大氣時(shí)，竊取了大氣中的氫，從而在自己周圍形成一個(gè)熱物質(zhì)盤。而這種周期性竊取或吸積物質(zhì)釋放了大量能量，導(dǎo)致了我們?cè)谟^測(cè)中看到的亮度的規(guī)律性變化。

SN 2022jli 事件過程猜測(cè)。雙星系統(tǒng)中的一顆星發(fā)生超新星爆炸，殘留一個(gè)致密天體，致密天體在經(jīng)過伴星附近時(shí)吸積物質(zhì)，導(dǎo)致超新星光度下降過程中出現(xiàn)周期性振蕩。（來源：ESO/L. Cal?ada）

盡管研究小組無法觀察到來自致密天體本身的光，但他們相信，有能力實(shí)現(xiàn)這種規(guī)模物質(zhì)吸積的只能致密的中子星，或者黑洞。天文學(xué)家還想知道究竟是中子星還是黑洞，以及這對(duì)雙星系統(tǒng)的未來還會(huì)有什么結(jié)局，這些還有待投入更強(qiáng)大的設(shè)備開展進(jìn)一步分析。關(guān)于超新星的故事，越來越完整了。

參考資料：

[1] Missing link found: supernovae give rise to black holes or neutron stars
(https://www.eso.org/public/news/eso2401/)
[2] Ping C hen et al., A 12.4 day periodicity in a close binary system after a su pernova, Nature volume 625, pages253–258 (2024)