一種罕見的爆炸恒星的神秘起源已被確定

宇宙的一大謎團是所有金屬的真正來源。

我們知道它是在宇宙之火中鍛造的——但具體是哪場火，以及以何種比例，就更難確定了。

一種罕見的不含氫和氦的超新星是許多金屬的已知來源，盡管產生這些火爐的恒星是打了噴嚏的孤獨重量級恒星，還是與貪婪的伙伴一起散發的小質量，從來都不清楚。

現在，由波蘭亞當密茨凱維奇大學的馬丁·索拉爾 （Martín Solar） 和米哈烏·米哈沃夫斯基 （Micha? Micha?owski） 領導的一個國際天文學家團隊發現，Ic 型超新星的祖先并不都是質量巨大的孤狼，而是通常質量較小的恒星，它們有一個雙星伴星，有助于塑造它們命中注定的爆炸的輸出。

“我們對大質量恒星研究得越多，它們看起來就越復雜，”Micha?owski 告訴 ScienceAlert。

“我們知道它們的進化和命運取決于它們的質量，然后我們了解到細節取決于它們在金屬中的富集程度。現在很明顯，同伴也可以極大地影響他們的生活。

Ic 型超新星是由已達到其壽命終點的大質量恒星的核心坍縮引起的。恒星核心中的所有氫都已聚變成較重的元素，這顆恒星已經達到了一個地步，其核心元素非常重，以至于它們需要比聚變過程釋放的能量更多的能量來聚變。

隨著核爐不再釋放足夠的能量，向外的壓力下降，使恒星致密的核心屈服于引力。核心猛烈地坍縮成一個超致密的中子星或黑洞雖然外層以如此高的能量沖向太空，但更重的金屬也在噴射物中鍛造。

Ic 型超新星的奧秘在于，與其他超新星不同，它們膨脹的外殼中沒有可探測到的氫或氦。盡管在恒星核心中耗盡了，但較輕的元素應該在大氣中保留了足夠的數量。

對于缺失元素之謎，已經提出了兩種可能的解決方案。第一個涉及一顆質量約為太陽 20 到 30 倍的恒星，這顆恒星的質量如此之大，可以產生能夠吹走其氫和氦的強恒星風。

第二種選擇是雙星伴星——一顆較小的恒星，它足夠近，可以從質量約為太陽 8 到 15 倍的恒星中吸走氫和氦。

在這兩種情況下，氫和氦在超新星爆炸之前都被帶走，導致它們在超新星噴射物中不存在。

有幾種類型的核心坍縮超新星。通過查看檔案數據并找到從超新星位置消失的恒星，研究人員已經能夠確認其中 23 個觀測事件的祖先。

這些祖先都不是來自 Ic 型超新星，但 Micha?owski 和他的團隊認為他們的環境可能留下了一些線索。

“我受到一個名為 PHANGS（附近 GalaxieS 的高角分辨率物理學）的大型觀測程序的啟發。他們使用最大的望遠鏡陣列，阿塔卡馬大型毫米波陣列，來觀察恒星形成的單個氣體云，“他解釋說。

“我發現，如果我用對超新星爆炸的云的新觀測來補充這些數據，那么我們就可以破譯爆炸恒星的性質。”

在超新星位置留下的分子氣體可用于確定祖星的質量。氫分子越多，恒星的質量就越大。反過來，質量更大的恒星聚變燃料的速度更快，因此比質量較小的恒星壽命更短。

研究人員研究了 Ic 型超新星留下的分子氣體，并將其與 II 型超新星留下的分子氣體進行了比較，后者的祖星質量在 8 到 15 個太陽質量之間。兩種云中的氫是相同的——這意味著 Ic 型超新星畢竟來自質量較小的恒星。

“我實際上預計 Ic 型超新星的祖先會變成大質量恒星，”Micha?owski 說。“事實證明，這些超新星中的大多數并不是以這種方式表現的。”

氫和氦仍然需要去某個地方;最有可能的地方是 binary companion。Micha?owski 解釋說，這個伴星通常在超新星中幸存下來，但爆炸的力量將伴星推向太空，在那里它以不同的速度度過了相當正常的余生。

同時，這個解釋幫助我們理解宇宙中許多元素的來源。我們知道，涉及雙星伴星的超新星爆炸會產生碳含量的兩倍– 生命的基石 – 所以現在我們可以調整 Ic 型超新星對碳量的貢獻。

研究人員還希望對更多超新星的殘骸進行天體鑒定，以幫助重建祖星的生活方式。

“具有此類觀測的大量超新星將進一步推動這項分析，因為這樣我們將能夠就其他一些有趣的特性分別研究它們，”Micha?owski 告訴 ScienceAlert。

“例如，我們不知道寬發射線的存在是否告訴我們關于這顆爆炸恒星的一些信息。或者宿主星系的某些特性是否會影響恒星的誕生或爆炸方式。此外，我們想以這種方式研究其他超新星類型。

該研究已發表在自然通訊.

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