比千新星更奇異的宇宙爆發(fā)

反常的千新星

當那些質(zhì)量最大的恒星走到生命盡頭時，會形成壯觀的超新星爆發(fā)，將碳、鐵等重元素播撒到宇宙之中。而當一對中子星相互撞擊時，會產(chǎn)生另一種爆炸形式——千新星，這會鍛造出甚至更重的元素，比如金和鈾。

迄今為止，只有一次千新星事件得到了毫無歧義的確認，那就是發(fā)生在2017年的歷史性事件——GW170817。在那次事件中，兩顆中子星猛烈相撞，在時空中激起漣漪，即引力波，同時也向整個宇宙釋放出電磁輻射。那次事件所釋放出的引力波被激光干涉引力波天文臺（LIGO）和室女座引力波探測器（VIRGO）探測到，而釋放出的電磁輻射則被世界各地數(shù)十臺地面和空間望遠鏡捕捉到。

在一項于近期發(fā)表在《天體物理學快報》上的研究中，天文學家報告了一個名為AT2025ulz的千新星候選事件。相較于GW170817，AT2025ulz的情況要復雜得多：研究人員提出，這一反常事件可能是一種前所未見的“超千新星”，即由超新星觸發(fā)的千新星。這種事件此前僅存在于理論設想之中，從未被觀測到。

像超新星的千新星

2025年8月18日，LIGO-Virgo-KAGRA合作組報告了一次新的引力波信號。

幾分鐘之內(nèi)，負責運行這些引力波探測器的研究團隊便向天文學界發(fā)出了警報，通知他們記錄到了一次看似源自兩個天體并合的引力波信號，并報道其中至少一個天體的質(zhì)量異常之小。警報中還附帶了一張關(guān)于信號源位置的粗略定位圖。

幾小時后，位于帕洛瑪天文臺的茨威基暫現(xiàn)源設施（ZTF）率先鎖定了一個距離地球約13億光年的快速變暗的紅色天體，該天體被認為與引力波源起源于同一位置。

隨后，十余臺望遠鏡將觀測目標對準該天體，以獲取更多信息。觀測結(jié)果證實，這次爆發(fā)的光迅速變暗，其輻射明顯偏紅——正如八年前的GW170817事件所表現(xiàn)的那樣。在GW170817千新星中，這種紅色輻射源自金等重元素；這些原子比輕元素擁有更多的電子能級，因此會阻擋藍光，讓紅光穿透。

然而，在數(shù)天之后，AT2025ulz開始再次變亮，顏色轉(zhuǎn)為偏藍，并在其光譜中顯現(xiàn)出氫元素的特征——這些都是超新星而非千新星的典型跡象?？墒?，來自遙遠星系的超新星通常無法產(chǎn)生足夠強的引力波，因此難以被LIGO和VIRGO探測到，而千新星則可以。

因此，一些天文學家認為，AT2025ulz只是由一次普通超新星觸發(fā)的事件，實際上與引力波信號并無關(guān)聯(lián)。

到底可能發(fā)生了什么？

但是，這項研究的作者并沒有放棄探索。他們發(fā)現(xiàn)了幾條線索，讓他們察覺到這一事件有不同尋常之處。

首先，AT2025ulz并不像典型的千新星GW170817，也不像一顆普通的超新星。此外，LIGO和Virgo的引力波數(shù)據(jù)表明，并合體系中至少有一顆中子星的質(zhì)量低于太陽質(zhì)量——這就很令人非常困惑，因為中子星的質(zhì)量范圍一般從約1.2倍太陽質(zhì)量到約3倍太陽質(zhì)量。

不過，也有一些理論學家曾提出，中子星的質(zhì)量可以更小，甚至低于太陽質(zhì)量，但這樣的中子星至今從未被觀測到。理論學家提出了兩種情景，用以解釋中子星的質(zhì)量為何可以比太陽質(zhì)量?。?/p>

• 在一種情景中，一顆快速旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆炸，留下了一顆高速旋轉(zhuǎn)的中子星。隨后該中子星在一種稱為“裂變”的過程中分裂成兩顆微小的、低于太陽質(zhì)量的中子星。

• 第二種情景稱為“碎裂”：同樣是一顆快速旋轉(zhuǎn)的恒星發(fā)生超新星爆炸，但這一次，在坍縮的恒星周圍形成了一個物質(zhì)盤。這個物質(zhì)盤中不均勻的團塊狀物質(zhì)會逐漸聚合成一顆微小的中子星，其過程與行星形成的方式相似。

鑒于LIGO和Virgo探測到并合體系中至少存在一顆質(zhì)量低于太陽的中子星，因此研究人員認為有可能是兩顆新形成的中子星以螺旋方式相互靠近并合，釋放出穿越宇宙的引力波，并最終爆發(fā)出千新星。

超千新星的藝術(shù)構(gòu)象圖：一顆大質(zhì)量恒星首先發(fā)生超新星爆炸（上）。隨后，兩顆中子星誕生（中），其中至少有一顆被認為其質(zhì)量低于太陽。接著，這兩顆中子星以螺旋方式相互靠近并合，釋放出引力，并形成劇烈的千新星爆發(fā)（下）。千新星會向宇宙播撒最重的元素，例如金和鉑，這些元素主要會發(fā)出紅光。（圖/Caltech/K. Miller and R. Hurt (IPAC)）

當千新星合成大量重元素時，最初會發(fā)出紅光，正如ZTF和其他望遠鏡所觀測到的那樣。然而，初始超新星爆發(fā)拋出的膨脹碎屑，遮蔽了天文學家對千新星的觀測視野。

這段視頻展示了一種被假設存在的天體現(xiàn)象——超千新星：一顆大質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆炸，坍縮形成恒星核心，并在其中誕生出兩顆中子星。隨后，這兩顆中子星以螺旋方式相互靠近并最終并合，釋放引力波，同時向宇宙播撒金、鉑等重元素。（視頻/Caltech/K. Miller and R. Hurt (IPAC)）

換言之，一次超新星爆炸可能孕育出一對新生的中子星，而它們隨后并合，形成了千新星爆發(fā)。

尚未定論的發(fā)現(xiàn)

不過，盡管這一理論值得探討，但研究團隊強調(diào)，目前證據(jù)仍不足以做出明確的斷言。

檢驗“超千新星”理論的唯一辦法，是找到更多類似事件。研究人員表示，未來的千新星事件或許并不會像GW170817那樣典型，甚至可能會被誤認為是超新星。因此，天文學家可以在類似這樣的數(shù)據(jù)中尋找新的可能性。

#參考來源：

https://www.caltech.edu/about/news/possible-superkilonova-exploded-not-once-but-twice

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae2000

#圖片來源：

封面圖&首圖：Caltech/K. Miller and R. Hurt (IPAC)