IT之家 7 月 20 日消息，美國國家航空航天局（NASA）的南希?格蕾絲?羅曼太空望遠鏡（以下簡稱“羅曼”）即將于 2027 年 5 月前發射升空，據最新研究預測，羅曼在執行高緯度時域巡天觀測計劃期間，有望發現多達 10 萬次強大的宇宙爆炸事件，這些事件將為科學家們解開諸多宇宙謎團提供關鍵線索。

據IT之家了解，羅曼將觀測到的宇宙爆炸事件包括超新星爆發、千新星爆發以及超大質量黑洞進食時產生的“噴發”等。超新星爆發是大質量恒星死亡的信號，而千新星爆發則發生在兩顆極端的中子星相撞時。此外，羅曼甚至可能探測到宇宙第一代恒星的爆炸性毀滅。這些爆炸事件對于研究宇宙的演化歷程至關重要。

“無論你想探索暗能量、瀕死恒星、星系引擎，還是可能我們從未見過的全新事物，這項巡天觀測都將是寶藏。”研究團隊負責人、貝勒大學助理教授本杰明?羅斯（Benjamin Rose）表示。

羅曼的高緯度時域巡天計劃將通過每五天掃描同一片廣闊太空區域一次，持續兩年，來捕捉這些爆炸事件。這些觀測數據將被整合成“宇宙電影”，展示各種宇宙爆炸的全過程。其中，Ia 型超新星爆發尤為引人關注。這種爆發發生在白矮星吞噬伴星物質后發生爆炸，其光度和峰值亮度極為規律，因此被天文學家稱為“標準燭光”，可用于測量宇宙距離。新研究模擬了羅曼的整個高緯度時域巡天計劃，預計其將發現多達 2.7 萬顆新的 Ia 型超新星，這一數量是以往所有觀測計劃總和的 10 倍。

通過觀測不同距離的“標準燭光”，天文學家可以回溯宇宙的歷史，從而確定宇宙在不同時期的膨脹速度。大量 Ia 型超新星的發現將有助于揭示暗能量的秘密，暗能量是一種神秘的力量，被認為是導致宇宙加速膨脹的原因。近期，暗能量光譜儀（DESI）的研究發現暗能量可能隨著時間的推移而減弱，而羅曼的觀測數據將進一步驗證這一發現。

“填補這些數據空白也將填補我們對暗能量理解的空白?！绷_斯解釋道，“越來越多的證據表明，暗能量隨時間發生了變化，而羅曼將通過探索宇宙歷史的方式，幫助我們理解這種變化，這是其他望遠鏡無法做到的?！?/p>

研究團隊還預測，羅曼探測到的 10 萬次宇宙爆炸中，約有 6 萬次將是所謂的“核心塌縮超新星”。這種超新星爆發發生在質量至少是太陽 8 倍的大質量恒星耗盡核燃料后，無法抵抗引力坍縮。當這些恒星的核心迅速坍縮時，外層物質被拋射出去，形成超新星爆發。這些爆發將恒星內部鍛造的元素散布到宇宙中，成為下一代恒星、行星乃至生命體的基石。核心塌縮超新星爆發后會留下中子星或黑洞，具體取決于原恒星的質量。

雖然核心塌縮超新星無法像 Ia 型超新星那樣幫助科學家解開暗能量之謎，但它們可以講述恒星的生與死。研究團隊成員、NASA 戈達德太空飛行中心的雷貝卡?霍恩塞爾（Rebekah Hounsell）表示：“通過觀察天體光強隨時間的變化，并將其分解為光譜 —— 不同顏色的光譜帶有天體發出光的信息 —— 我們可以區分羅曼看到的所有不同類型的閃光。通過我們創建的數據集，科學家可以訓練機器學習算法來區分不同類型的天體，并在羅曼海量的數據中找到它們。”

“在尋找 Ia 型超新星的過程中，羅曼會收集到大量的宇宙‘副產品’—— 對一些科學家來說沒有用處的其他現象，但對其他科學家來說卻極為珍貴。”霍恩塞爾補充道。

羅曼還有望探測到更為稀有的宇宙事件，例如黑洞吞噬不幸靠近的恒星。在潮汐破壞事件（TDEs）中，恒星被黑洞的巨大引力撕裂，盡管大部分恒星物質被黑洞吞噬，但黑洞“進食”時會噴出大量接近光速的物質。這些物質噴流以及圍繞黑洞形成的吸積盤會發出全電磁譜的輻射。研究團隊預測，羅曼的高緯度時域巡天計劃將發現約 40 起這樣的恒星毀滅事件。

比 TDEs 更為罕見的是千新星爆發。這種爆發發生在兩顆中子星相撞并合并時。研究團隊估計，羅曼可能會發現約 5 起新的千新星爆發。雖然數量不多，但這些觀測對于理解貴金屬如金、銀的起源至關重要。盡管大多數元素是在恒星內部形成的，但恒星內部的壓力和溫度無法形成比鐵更重的元素。中子星碰撞產生的極端環境被認為是宇宙中唯一能夠形成金、銀和钚等元素的地方。這些元素最初以更重的不穩定元素形式存在，它們迅速衰變并釋放出千新星爆發時看到的光。因此，研究千新星的光對于理解這一過程至關重要。

千新星的研究還可以幫助確定中子星合并后形成的天體類型。這可能是一個迅速坍縮成黑洞的大型中子星，一個立即形成的黑洞，或者某種全新的、尚未被想象的天體。迄今為止，天文學家只確認了一起千新星爆發，因此再發現五起將是科學上的巨大收獲。

羅曼可能得到的最令人興奮的宇宙爆炸發現之一是觀測到宇宙第一代恒星的奇特爆炸性死亡。目前理論認為，這些早期的大質量恒星可能以與現代恒星不同的方式死亡。與上述核心塌縮不同，第一代恒星內的伽馬射線可能產生電子 - 正電子對。這些粒子會在恒星內相互湮滅并釋放能量，導致恒星自我爆炸，這種爆炸被稱為“對不穩定超新星（pair-instability supernovae）”。

這些爆炸如此強大，以至于據推測它們不會留下任何東西，除了恒星一生中生成的元素的痕跡。迄今為止，天文學家已經發現了數十個對不穩定超新星的候選者，但尚未得到確認。研究團隊的模擬表明，羅曼可能會發現多達 10 起確認的對不穩定超新星。

“我認為羅曼將首次確認發現對不穩定超新星?！绷_斯說，“它們非常遙遠且極為罕見，因此你需要一臺能夠在近紅外光下對大片天空進行深度曝光的望遠鏡，而羅曼正是這樣的望遠鏡。”

研究團隊計劃進一步模擬羅曼對宇宙的研究，這可能表明其有能力發現更廣泛的強大而暴力事件，甚至可能是一些尚未被理論化的事件。

“羅曼將在太空中發現許多奇怪而奇妙的事物，包括我們尚未想到的。”霍恩塞爾總結道，“我們絕對期待著意外的發現?！?/p>

該研究于 7 月 15 日發表在《天體物理學雜志》上。