科学家发现了一颗新超新星，其亮度、能量和质量创人类宇宙记录
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图注：许多奇怪的瞬态事件 ， 例如AT2018cow ， 许多奇怪的瞬态事件 ， 如AT2018cow ， 涉及某种超新星与以前被恒星吹掉的球状物质云相互作用 ， 或者存在于围绕中心爆炸周围的物质中 。 最新的超发光超新星SN2016aps ， 与之前的一切都具有惊人的不同 。
2016年2月22日 ， 人类自动化天空扫描望远镜之一——Pan-STARRS瞬态测量——报告了一个明亮的新信号出现在天空中 ， 刚好超过可见光到红外的阈值 。 这让宇宙学家感到好奇 ， 因为它来自天空的空旷地：那里没有恒星或星系 ， 这意味着如果那里没有星系 ， 那么它是如此微弱和遥远 ， 以至于我们还没有发现它 。
经过三年多的跟踪分析 ， 科学家终于揭示了注定要发生的事情：人类见过的最亮、最具活力的超新星 。 根据2020年4月13日发表在《自然天文学》上的一篇新论文 ， 这很可能是整个宇宙中质量最大的恒星之一 ， 也许是我们观察到的恒星中质量最大的恒星 。 在内部 ， 它保存着所有第一颗超新星的线索：宇宙中第一颗恒星产生的超新星 。
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图注：（现代）Morgan–Keenan光谱分类系统 ， 其上方显示每个星级的温度范围 ， 以开尔文为单位 。 我们的太阳是G级星 ， 其产生的光的有效温度约为5800K ， 亮度为1太阳光度 。 恒星的质量可以低至太阳质量的8％ ， 在恒星中燃烧时 ， 它们的亮度约为太阳的0.01％ ， 寿命是太阳的1000倍以上 ， 但它们的质量也可以上升到太阳质量的数百倍 ， 拥有我们太阳光度的数百万倍 ， 寿命只有几百万年 。 第一代恒星应几乎全部由O型和B型恒星组成 ， 并且可能包含的质量最高达太阳质量的1000倍以上 。
通常 ， 有两种制造超新星的方法 。 每当一颗恒星诞生时 ， 它都会以一定量的质量开始 ， 而质量通常决定了它的命运 。 要么：
它出生时的质量介于太阳的8％到40％之间 ， 在这种情况下 ， 它将缓慢燃烧氢 ， 然后收缩并消失 ， 成为氦白矮星 ，
或它出生时的质量介于太阳质量的40％到800％之间 ， 在那里它将通过氢燃烧 ， 变成燃烧氦的红巨星 ， 然后轻轻吹掉它的外层并收缩成碳和氧的白矮星 ，
或者其诞生时的质量是太阳的8倍（或更多） ， 在这种情况下 ， 它将通过氢、氦、碳、氧等燃烧 ， 直到其核爆裂并坍塌 ， 引发失控反应和超新星爆炸 。
成为白矮星的恒星 ， 如果白矮星吸收了足够多的物质或与另一白矮星合并 ， 则也有“第二次机会”成为超新星 。
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图注：在这种巨大的恒星物质喷射中心发生的大灾难 ， 它都会产生足够的能量 ， 匹配观察到的光谱 ， 并重现超发光超新星的光曲线 。 超新星可以以多种方式出现 ， 但是可观察到的性质因类型而异 。
所有超新星都有一些共同点 。 它们都涉及失控的聚变反应 ， 将较轻的元素融合为较重的元素 ， 从而形成了整个宇宙元素周期表中许多重元素 。 通常 ， 它们变亮 ， 达到峰值亮度 ， 然后下降 ， 其亮度很大程度上取决于它们离我们的距离 。
特别是白矮星产生的那些 ， 遵循标准模式 ， 这意味着如果我们观察到亮度如何升高、升高和降低 ， 我们就可以知道该天体距离我们有多远 。 这是“标准蜡烛”的天文概念 ， 如果我们知道某个事物的内在亮度（例如 ， 根据其光曲线） ， 以及它的光从宇宙的膨胀量（例如 ， 其红移）转移了多少 ， 我们可以确定它有多远 。 这是我们弄清楚宇宙的组成 ， 以及其随着时间的演变如何发现的关键线索之一 。
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图注：“标准蜡烛”非常适合根据测得的亮度推断距离 ， 但前提是您对蜡烛的固有亮度以及光源与光源之间的无污染环境充满信心 。
典型的超新星只能在可见光中辐射约1％的能量 ， 并且通常会发出与太阳在其约100亿年寿命中所发出的总能量相当的总爆炸能量 。 可以肯定的是 ， 这是令人印象深刻的 ， 并且代表了恒星消亡的最活跃的方式之一 。 但是每隔一段时间 ， 就会出现超新星 ， 这在亮度和能量方面令我们感到惊讶：这是一个宇宙异常值 。
具体来说 ， 比这些典型的宇宙大爆炸还要明亮 ， 充满活力的大爆炸被称为超发光超新星 ， 导致它们如此异常的成因有许多看法 。 它们可能是非常巨大的恒星 ， 排出物质 ， 然后在超新星发生时 ， 冲击波撞击到该物质上？这种情况似乎与我们见过的最著名的“超新星冒名顶替者”海山二星（EtaCarinae）保持一致 。
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图注：19世纪的"超新星冒名顶替器"引发了一次巨大的喷发 ， 从海山二星向星际介质喷出许多恒星的物质 。 恒星本身在某些时候仍然会超新星 ， 而被弹出的物质在决定最终超新星的亮度方面可能起着关键作用 。
另一方面 ， 有一种观点认为 ， 超发光超新星是由配对不稳定机制产生的 。 通常 ， 恒星质量越大 ， 随着恒星的发展 ， 核心温度就越高 。 超过某个阈值 ， 能量上升得如此之高 ， 单个光子与粒子之间的碰撞携带了足够的能量 ， 以至于它们可以通过爱因斯坦的E=mc2自发地产生新的粒子-反粒子对 ， 尤其是电子和正电子 。
超过该能量阈值时 ， 其中一些高能光子将转换为物质（和反物质） ， 从而导致内部辐射压力下降 。 这导致核心收缩并进一步加热 ， 从而导致更多的光子转化为物质（和反物质） ， 依此类推 。 最终 ， 发生了失控的聚变反应 ， 整个恒星在一次巨大的爆炸中破裂了 。
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图注：该图说明了天文学家曾经认为触发了称为SN2006gy的超新星事件的成对过程 。 当产生足够高能量的光子时 ， 它们将产生电子/正电子对 ， 从而引起压降和失控反应 ， 从而破坏恒星 。 此事件称为不稳定对超新星 。 超发光超新星的峰值发光度是任何其他“正常”超新星的峰值发光度的许多倍 。
2020年1月 ， 一篇新的论文发表 ， 证明双不稳定机制不能解释超光超新星实际观测到的光曲线 。 相反 ， 他们意识到 ， 先前喷出的物质可能覆盖了两个恒星核心 ， 然后合并产生一颗超新星 。 这就解释了之前的超光超新星 ， 比如SN2006gy 。
现在 ， 另一方面 ， 一个新的超发光超新星（SN2016aps）出现了 ， 它把其他一切都吹出了水 。 根据我们观测到的光和后来确定的36亿光年远的暗主星系的距离 ， 我们看到了前所未有的现象：一个如此明亮的事件 ， 其辐射能量是先前典型超新星的500倍以上 。 没有一颗超新星 ， 甚至之前的任何一颗超发光超新星 ， 能与之匹敌 。
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图注：有史以来超发光的超新星 ， 全部聚集在一起 。 请注意代表SN2016aps的顶部红色光曲线 ， 以及它所见过的所有其他超发光超新星明亮得多（y轴为对数刻度） 。
你可能会怀疑 ， 这是否是另一种暂时的事件 。 毕竟 ， 恒星死亡时会发生各种各样的奇异大灾难 。 有潮汐扰动事件 ， 恒星被引力作用撕裂 。 有超大质量黑洞突然在星系中心激活 ， 发出巨大的辐射喷流 。 还有千新星 ， 是中子星合并形成的 。
显然 ， 这些都不是 。 一次高能量爆炸同时发生 ， 不利于潮汐干扰 。 它偏离了它微弱的低质量星系的中心 ， 表明它没有积聚在一个超质量黑洞上 。 它消失得非常缓慢 ， 并且含有太多的氢 ， 从而消除了千新星的可能性 。 根据数据（包括光谱） ， 剩下的就是这是一颗超发光的超新星 ， 但是比以前的超新星更明亮 。
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图注：所有重现SN2016aps观测特性的模拟都依赖于大量的氢喷射、巨大的氦核和大规模的灾难性爆炸 。 即便如此 ， 一些极为罕见的过程仍需要发挥作用 ， 要么允许一颗具有磁星核的脉动不稳定对性超新星 ， 要么允许一对标准不稳定性超新星作为一个巨大的多星系统的一部分 。
根据他们的观察 ， 参与这项研究的17位科学家随后去模拟了什么样的大爆炸 ， 可以重现他们观察到的各种特征 ， 并得出令人震惊的结论 。 可以使用超发光超新星进行建模 ， 但前提是它要比以往任何时候都大 。 尤其是：
【科学家发现了一颗新超新星，其亮度、能量和质量创人类宇宙记录】最近需要发射出大量的物质（最多几十个世纪或几个世纪以前）：至少有数十个太阳质量的物质 ，
恒星核心的质量也必须相当大：超过50个比氢重的太阳质量物质需要进入核心 ，
超新星本身必须迅速地发射出大量物质：同样 ， 至少有数十个太阳质量的物质 ， 速度约为6,000公里/秒 ， 或光速的2％ 。
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图注：超大质量恒星WolfRayet124与其周围的星云一起显示 ， 它是银河系数千颗可能成为我们银河系下一颗超新星的恒星之一 。 请注意 ， 它周围有大量的喷射物 ， 这可能提供与导致最近观测到的罕见类型的超发光超新星相似的环境 。
现在 ， 事情变得非常有趣 。 首先 ， 所有重现这些情况的场景都需要巨大的恒星：100个太阳质量或更大数量的恒星 。 在那之后 ， 作者找到了两种方法来再现如此明亮的东西 。 一种方法是让一颗恒星有一个巨大的破坏性事件 ， 然后是一对脉动不稳定的超新星 ， 导致其核心的磁星快速旋转 。 这些都是非常罕见的事件；作者估计只有万分之一的核崩塌超新星会以这种方式结束 。
但是 ， 可以拥有一个庞大的多星系统 ， 其中一颗恒星经历了一不稳定对超新星 ， 而另一颗恒星则提供了星际物质 。 这应该更为罕见——可能是50,000分之一的事件——但我们隔壁星系中就拥有巨大的多星系统的环境：大麦哲伦星云中的蜘蛛星云 。
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图注：富含气体的蜘蛛星云中的巨型恒星形成区域圈状星云 。 在右边突出显示的中央星团中可以找到人类已知的最大质量的恒星 ， 其中R136a1的太阳质量约为260 。 在星团的中心部分可以发现许多多星系统和组成部分 ， 包括几十颗质量超过50个太阳质量的恒星 。
也许只有十几颗超光超新星被观测到过 ， 而这一颗就其绝对亮度而言 ， 这绝对是超亮的 。 从亮度、能量和推测的恒星质量（其最佳拟合估计值是太阳质量的150倍以上）来看 ， 从未见过的超新星能与之匹敌 。 外面确实有恒星爆炸 ， 能量如此之大 ， 以至于超过了以前所见过的任何东西 。
关于这些天体的种类 ， 还有很多要探究的东西：它们的余辉是否具有放射性 ， 它们的前身有多大 ， 它们来自单星系统还是多星系统以及它们发生的频率 。 随着维拉·鲁宾天文台和詹姆斯·韦伯太空望远镜即将上线 ， 我们将能够在可观察到的宇宙边缘的一半以上检测、分类和光谱测量这些天体 。 我们刚刚看到了冰山的一角 ， 在21世界20年代的后期 ， 我们将真正发现我们宇宙海洋下的物质 。
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