科学家发现的新型恒星爆炸有助于揭开一个千年谜团

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超新星是一颗恒星在两种相反的力量之间突然失衡后的爆炸，这两种力量在恒星的一生中塑造了它。重力试图收缩每一颗恒星。例如，我们的太阳通过其核心的核聚变来平衡这种力量，核聚变产生的压力与引力相反。只要有足够的核聚变，引力就无法使恒星坍塌。然而，最终，核聚变将停止，就像汽车中的燃油耗尽一样，恒星将崩溃。对于像太阳这样的恒星，塌陷的核心被称为白矮星。白矮星中的这种物质非常密集，电子之间的量子力阻止了进一步坍缩。

然而，对于比我们太阳质量大10倍的恒星来说，电子量子力不足以阻止引力，核心继续坍缩，直到变成中子星或黑洞，并伴随着巨大的爆炸。在中等质量的范围内，电子被挤压（或者更准确地说，被捕获）到原子核上。这就消除了电子量子力，并导致恒星坍缩，然后爆炸。

从历史上看，有两种主要的超新星类型。一种是热核超新星--白矮星在双星系统中获得物质后的爆炸。这些白矮星是低质量恒星（质量不超过太阳8倍的恒星）到达生命终点后留下的密集灰核。另一种主要的超新星类型是核心塌缩超新星，即一颗大质量的恒星--超过太阳质量的大约10倍--耗尽了核燃料并使其核心塌缩，形成一个黑洞或中子星。理论工作表明，电子捕获超新星将发生在这两类超新星的边界上。

这是东京大学的Ken'ichi Nomoto等人在1980年代提出的理论。几十年来，理论家们已经制定了在电子捕获超新星中要寻找的东西的预测。恒星在爆炸前应该失去大量特定成分的质量，而超新星本身应该相对较弱，几乎没有放射性物质，并产生富含中子的元素。

发表在《自然-天文学》上的这项新研究，主要关注日本业余天文学家Koihchi Itagaki在2018年发现的超新星SN2018zd。特拉维夫大学天体物理学系的Iair Arcavi博士也参与了这项研究。这颗超新星位于星系NGC 2146中，具有电子捕获超新星所预期的所有特性，这些特性在其他超新星中都没有看到。此外，由于这颗超新星相对较近--只有3100万光年的距离--研究人员能够在哈勃太空望远镜拍摄的爆炸前档案图像中识别这颗恒星。事实上，这颗恒星本身也符合应该作为电子捕获超新星爆炸的恒星类型的预测，而且与那些被视为作为其他类型超新星爆炸的恒星不同。

虽然过去发现的一些超新星有一些预测为电子捕获超新星的指标，但只有SN2018zd拥有全部六个指标--一颗符合预期质量范围的原生星、强烈的超新星前质量损失、不寻常的化学成分、微弱的爆炸、少量放射性和富含中子的物质。"领导这项研究的加州圣塔芭芭拉分校和拉斯坎布雷斯天文台的Daichi Hiramatsu说：“我们首先问‘这个怪人是什么’？然后我们研究了SN 2018zd的每一个方面，并意识到所有这些都可以在电子捕获的情况下得到解释。”

这些新发现也有助于解开过去最著名的超新星之一的一些谜团。公元1054年，在我们的银河系发生了一次超新星事件，根据中国和日本的记录，它是如此的明亮，以至于在白天可以看到它。由此产生的残余物，蟹状星云，已经被研究得非常详细，并被发现有一个不寻常的成分。它以前是电子捕获超新星的最佳候选者，但这是不确定的，部分原因是爆炸发生在近一千年前。新的结果增加了历史性的1054年超新星是一个电子俘获超新星的信心。

Arcavi博士说：“令人惊讶的是，我们可以用现代仪器来揭示宇宙中的历史事件。今天，随着机器人望远镜以前所未有的效率扫描天空，我们可以发现越来越多的罕见事件，这些事件对于理解自然规律至关重要，而不必在一个事件和下一个事件之间等待1000年。”