科学家发现新型恒星爆炸：“电子捕获超新星”的第一个令人信服的证据

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。另一个主要的超新星类型是铁核塌缩超新星，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，其铁核塌缩，形成一个黑洞或中子星。电子捕获超新星处于这两类超新星的边界上。这些恒星在其核心由氧、氖和镁组成时停止核聚变；它们的质量不足以创造铁。

在“电子捕获超新星”中，氧-氖-镁核心中的一些电子被砸进它们的原子核中，这个过程被称为电子捕获。这种电子的移除导致恒星的核心在其自身的重量下弯曲并崩溃，从而导致电子捕获超新星的出现。如果这颗恒星稍微重一点，核心元素可能会融合，产生更重的元素，延长其寿命。因此，这是一种“反金发女孩效应”：恒星不够轻，无法逃脱其核心坍塌的命运，也不够重，无法延长其生命，以后通过不同的方式死亡。

这是1980年开始由东京大学的 Ken’ichi Nomoto和其他人提出的理论。几十年来，理论家们已经制定了在电子捕获超新星及其SAGB星原体中寻找的预测。这些恒星应该有大量的质量，在爆炸前失去大部分质量，而这些靠近“垂死”恒星的质量应该具有不寻常的化学成分。那么电子捕获超新星应该是弱的，几乎没有放射性坠落物，并且核心有富含中子的元素。

这项发表在《自然-天文学》上的新研究是由加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）和拉斯坎布雷斯天文台（LCO）的研究生Daichi Hiramatsu领导的。 Hiramatsu是全球超新星项目的核心成员，这是一个由科学家组成的世界性团队，使用全球各地和上空的几十架望远镜。该团队发现，超新星SN 2018zd有许多不寻常的特征，其中一些是首次在超新星中看到。

该超新星相对较近--只有3100万光年之遥--在星系NGC 2146中。这使得研究小组能够检查哈勃太空望远镜在爆炸前拍摄的档案图像，并在其爆炸前检测到可能的前身星。观测结果与最近在银河系发现的另一颗SAGB星一致，但与红超星的模型不一致，红超星是普通铁心塌陷超新星的起源。

该研究查阅了所有已发表的超新星数据，发现虽然有些超新星具有预测的电子捕获超新星的一些指标，但只有SN 2018zd具有全部六个指标--一个明显的SAGB原生体、强烈的超新星前质量损失、不寻常的恒星化学成分、弱爆炸、少量放射性和富含中子的核心。

“我们一开始就问'这个怪人是什么'？”Hiramatsu说。"然后我们检查了SN 2018zd的每一个方面，并意识到所有这些都可以在电子捕获方案中得到解释。"

新的发现也照亮了过去最著名的超新星的一些神秘之处。公元1054年，银河系发生了一颗超新星，根据中国和日本的记录，它是如此明亮，以至于在白天可以看到23天，在晚上可以看到近两年。由此产生的残余物，蟹状星云，已经被研究得非常详细。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。新的结果增加了人们对历史上的SN 1054是一颗电子捕获超新星的信心。它还解释了为什么那颗超新星与模型相比相对明亮：它的亮度可能是由超新星喷出物与原生星抛出的物质碰撞而人为增强的，正如在SN 2018zd中看到的那样。

东京大学Kavli IPMU的Ken Nomoto博士对他的理论被证实感到兴奋，他补充说：“我非常高兴，电子捕获超新星终于被发现了，我和我的同事们在40年前就预测到了它的存在，并且与蟹状星云有联系。我非常感谢为获得这些观测结果所做的巨大努力。这是一个观察和理论相结合的精彩案例。”

Hiramatsu补充说：“对于我们所有人来说，这是一个‘尤里卡时刻’，我们可以为关闭40年的理论循环做出贡献，对于我个人来说，因为我的天文学生涯是从我在高中图书馆里看着令人惊叹的宇宙图片开始的，其中之一就是哈勃太空望远镜拍摄的标志性的蟹状星云。”

"当我们发现一个新的天体物理学物体时，罗塞塔石碑这个词被经常用来作比喻，"Las Cumbres天文台的工作人员和加州大学洛杉矶分校的兼职教师安德鲁-豪威尔博士说，"但在这种情况下，我认为它很合适。这颗超新星实际上是在帮助我们解读来自世界各地文化的千年记录。它正在帮助我们将我们不完全了解的一件事，即蟹状星云，与我们有难以置信的现代记录的另一件事，即这颗超新星联系起来。在这个过程中，它正在教给我们基本的物理学知识：一些中子星是如何产生的，极端的恒星是如何生存和死亡的，以及我们所组成的元素是如何产生和散布在宇宙中的。" 豪威尔博士是全球超新星项目的负责人，也是主要作者的博士生导师。