科学家首次确定了超新星激波阵面冲破濒死恒星表面时的形状">科学家首次确定了超新星激波阵面冲破濒死恒星表面时的形状">科学家首次确定了超新星激波阵面冲破濒死恒星表面时的形状。
2024年4月，超新星SN 2024ggi在距离地球2360万光年处异常早地爆发。在其激波阵面与周围物质碰撞之前，它短暂呈现出卵形、橄榄状的外形。这一观测填补了超新星演化最早期阶段的部分空白。若晚一天捕捉到该事件，这些细节便无从知晓，凸显了早期发现超新星、迅速调动设备锁定源头的科学价值，以及不同观测技术的重要性。
“超新星爆炸的几何形状为恒星演化以及引发这些宇宙烟火的物理过程提供了基础信息。” 中国清华大学的天体物理学家杨逸说道，他是描述SN 2024ggi的新论文的第一作者。
大质量恒星的死亡是一个复杂过程，由恒星核心可聚变燃料的耗尽引发。恒星维持着微妙平衡，在核心将较轻原子聚合成较重元素，如氢聚变成氦等。由于聚变产物质量低于组成元素，多余质量转化为能量，提供使恒星保持稳定的外向压力。
对于超过一定质量的恒星，经过漫长岁月将较轻元素聚变成较重元素后，其核心最终充满铁，这是聚变的终点。因为锻造比铁重的元素消耗的能量多于释放的能量，核心无法再产生维持恒星稳定的外向压力，这便是超新星爆发的触发点。
接下来的过程发生得极快。恒星开始向内坍缩，产生向内朝核心传播的激波，在核心反弹后向外喷发，冲破恒星的外层表面。
在这个向外传播的激波与恒星在死亡前几个世纪喷出的移动较慢的气体碰撞之前，有一段非常短暂的时间。
这个短暂窗口就是激波突破阶段，即激波冲破恒星表面的时刻，随后很快会有一道在数小时内消逝的闪光。多年来，天文学家已多次捕捉到这一阶段，详细程度各异。对SN 2024ggi的新观测之所以引人注目，是因为使用了欧洲南方天文台甚大望远镜的光谱偏振测量法，这是一种测量不同波长光的偏振的技术。
“光谱偏振测量法能提供其他观测类型无法提供的关于爆炸几何形状的信息，因为其角尺度太小。” 德克萨斯A&M大学的天文学家王利凡解释道。
研究人员在SN 2024ggi被发现仅26小时后，就开始对其演化进行光谱偏振测量观测，并持续观测了数天。值得注意的是，他们的观测捕捉到了激波突破阶段，揭示出激波并非球形，而是沿着一个特定轴拉伸成橄榄状或橄榄球形状。
“甚大望远镜的首次观测捕捉到了恒星中心附近被爆炸加速的物质冲破恒星表面的阶段。” 欧洲南方天文台的天文学家迪特里希·巴德说，“在几个小时内，恒星及其爆炸的几何形状得以同时被观测到。”
随着超新星继续演化，天文学家在向外喷发的富含氢的膨胀物质中再次看到了这种形状。这表明激波突破阶段的形状并非随机，而是由一种大规模机制驱动，这种机制在早期到后期的演化中保持着明确的特定轴。
然而，当激波传播到超新星爆发前几个世纪恒星先前抛射的物质中时，特定轴发生了偏移，这表明周围物质的方向与爆炸自身的轴不同。
这意味着什么尚不清楚，但一种可能性是，这颗恒星可能有（或曾经有）一颗伴星，其引力影响了它的死亡过程。
能从2360万光年之外弄清楚这些，相当了不起。该研究已发表于《科学进展》。