詹姆斯·韋布望遠鏡觀測到迄今最遙遠超新星

據愛爾蘭都柏林大學學院（UCD）研究與創(chuàng)新部門消息，一個國際天文學團隊借助詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST），首次在宇宙早期成功確認一顆極其遙遠的超新星，為研究最初幾代恒星如何走向終結提供了前所未有的觀測窗口。 這顆超新星與一例伽馬射線暴事件相關，其距離之遠、年代之早，都創(chuàng)下了同類觀測紀錄。

團隊識別到的這次爆炸事件被命名為“GRB 250314A 伴隨的超新星 SN”，發(fā)生在宇宙誕生約7.3億年之后，處于所謂“再電離時代”——這是第一批恒星和星系陸續(xù)形成、點亮宇宙的關鍵時期。 觀測如此早期的一場大質量恒星死亡事件，有助于研究者了解當時的恒星形成與演化規(guī)律，并檢驗關于早期恒星族群性質的理論模型。

這項成果已發(fā)表于《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊。事件最初由太空多波段可變天體監(jiān)測衛(wèi)星 SVOM 于2025年3月14日探測到，當時表現(xiàn)為一次長時程伽馬射線暴（GRB），即一次強烈的高能閃光。 隨后，歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT）開展后續(xù)觀測，證實這一源位于極端遙遠的宇宙深處，為后續(xù)利用韋布望遠鏡進行精細研究奠定基礎。

關鍵突破來自事件發(fā)生約110天后進行的韋布望遠鏡近紅外相機（NIRCam）定向觀測。研究團隊通過高靈敏度近紅外成像，從整體信號中區(qū)分出正在逐漸衰減的超新星余輝和其宿主星系本身微弱的星光，從而在宇宙早期清晰地確認了一次恒星爆炸的存在。 這一步驟被認為是建立“伽馬射線暴源于大質量恒星死亡”這一聯(lián)系在高紅移宇宙中成立的關鍵證據。

論文合著者、UCD 物理學院天體物理學家安東尼奧·馬丁-卡里略博士指出，將伽馬射線暴與大質量恒星死亡直接關聯(lián)的“確鑿證據”，就是在同一位置上檢測到隨時間演化的超新星信號。 他表示，以往天文學界研究的絕大多數超新星都發(fā)生在與地球相對較近的宇宙尺度上，只有極少數例外能夠推至高紅移，這次測得的超新星年齡一經確認，團隊立即意識到這是難得的“時間窗口”，可以用來探測宇宙早期的環(huán)境以及當時存在、并已死亡的恒星類型。

研究團隊利用本地宇宙中已知“GRB 伴隨超新星”樣本構建了輻射模型，預測在如此高紅移條件下超新星的可能亮度和光譜特征，并以此設計針對詹姆斯·韋布望遠鏡的新觀測方案。 出乎研究者意料的是，模型與實際觀測結果高度吻合，這顆超新星在光度和譜特性上與本地宇宙的“原型”——1998年爆發(fā)的 SN 1998bw——非常相似。

數據分析顯示，這次遠方爆炸事件無論在亮度還是譜線分布方面，都與典型的“GRB 關聯(lián)超新星”高度一致，而非更為明亮的“超亮超新星”（SLSN）一類。 這意味著，即便在金屬豐度極低、物理條件迥異的早期宇宙，這類導致伽馬射線暴的大質量恒星，其終末爆發(fā)形態(tài)與今天在附近宇宙中觀測到的類似恒星并無顯著差異。

這項發(fā)現(xiàn)對長期以來的一個假設提出挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)觀點認為，在極低金屬豐度環(huán)境下形成的早期恒星，可能會產生更明亮、更偏藍的爆炸事件，與現(xiàn)代宇宙中的超新星顯著不同。 然而，GRB 250314A 所關聯(lián)的這次超新星顯示出出人意料的“相似性”，暗示恒星爆發(fā)的某些基本物理機制在數十億年間保持了高度統(tǒng)一。

盡管這一成果為理解宇宙早期恒星演化提供了重要“錨點”，也同時引出了新的疑問。例如，為何在物理環(huán)境差異如此顯著的時代，恒星死亡的可觀測特征仍與本地宇宙如此接近？ 研究團隊指出，需要更多類似事件的樣本，才能系統(tǒng)檢驗早期恒星群體的質量分布、金屬豐度以及爆發(fā)機理是否存在細微但關鍵的差別。

為進一步厘清這一超新星及其宿主星系的性質，團隊計劃在未來一到兩年內安排第二輪詹姆斯·韋布望遠鏡觀測。 屆時，超新星的光度預計會再度衰減超過兩個星等，使研究者有機會更徹底剝離爆炸殘余的貢獻，精確刻畫這座極其遙遠宿主星系的結構和成分，并最終確認超新星在整體信號中的貢獻比例。

編譯自/ScitechDaily