一颗新发现的邻近超新星的恒星在爆炸前的一年里喷射出了高达一个太阳质量的物质，这对恒星演化的标准理论提出了挑战。新的观测结果让天文学家深入了解了恒星死亡和爆炸前的最后一年发生了什么。
在成为超新星的前一年，现在被称为 SN 2023ixf 的红超巨星意外地损失了相当于太阳质量的质量。这幅艺术家的构想图展示了恒星爆炸前质量损失的最后阶段可能出现的情况。图片来源：Melissa Weiss/CfA。
核心坍缩超新星和SN 2023ixf
SN 2023ixf 是一颗新的 II 型超新星，由日本山形县的业余天文学家板垣光一于 2023 年 5 月在其原生星或起源星爆炸后不久发现。SN 2023ixf 位于距地球约 2000 万光年的松轮星系中，它距离地球很近，超新星的亮度极高，而且年龄很小，这使它成为科学家们研究大质量恒星在超新星爆炸中死亡的可观测数据宝库。
当红超巨星的质量至少是太阳的 8 倍，最多可达太阳的 25 倍时，就会在自身重量的作用下坍缩并发生爆炸，这就是 II 型超新星或核心坍缩超新星。虽然SN 2023ixf符合II型的描述，但由哈佛和史密森天体物理中心（CfA）的天文学家领导的后续多波长观测，以及使用CfA的各种望远镜，发现了新的和意想不到的行为。
SN 2023ixf 是一颗年轻的超新星，由日本山形县的业余天文学家板垣光一于今年早些时候发现，是十年来距离最近的 II 型超新星之一，也是迄今为止最亮的超新星之一。这幅艺术家的构想图显示了SN 2023ixf的明亮爆炸，它是在天文学家之前从未见过的出乎意料的质量损失之后发生的。图片来源：Melissa Weiss/CfA
当爆炸产生的冲击波到达恒星外缘时，核心坍缩超新星会在变成超新星后的几小时内产生闪光。然而，SN 2023ixf 产生的光曲线似乎并不符合这种预期行为。为了更好地理解SN 2023ixf的冲击爆发，由CfA博士后研究员Daichi Hiramatsu（平松大知）领导的科学家团队分析了来自1.5米Tillinghast望远镜、1.2米望远镜和位于亚利桑那州的CfA设施Fred Lawrence Whipple天文台的MMT的数据，以及来自全球超新星项目（Las Cumbres天文台的一个重要项目）、NASA的Neil Gehrels Swift天文台和许多其他机构的数据。本周发表在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上的这项多波长研究显示，与预期和恒星演化理论截然相反，SN 2023ixf 的冲击爆发延迟了数天。
延迟冲击爆发的影响
Hiramatsu说："延迟的冲击爆发是近期质量损失产生的致密物质存在的直接证据，"他补充说，这种极端的质量损失在II型超新星中并不典型。我们的新观测结果表明，在爆炸前的最后一年里，质量损失巨大且出乎意料--接近太阳的质量。"
这张合成照片是在 2023 年 6 月 27 日，也就是 SN 2023ixf 的祖星爆炸后一个多月，用 CfA 的 Fred Lawrence Whipple 天文台的 1.2m 望远镜拍摄的，这张照片结合了绿色、红色、近红外和红外光，突出显示了 SN 2023ixf 和针轮星系。SN 2023ixf 位于银河系的一个旋臂中，这也是大质量恒星爆炸的预期位置。资料来源：S. Gomez/STScI
SN 2023ixf 挑战了天文学家对大质量恒星的演化及其成为超新星的理解。虽然科学家们知道核心坍缩超新星是宇宙中原子、中子星和黑洞形成和演化的主要起源点，但对恒星爆炸前的岁月却知之甚少。新的观测结果表明，在恒星生命的最后几年可能会出现不稳定现象，导致质量极度流失。这可能与恒星内核中硅等高质元素核燃烧的最后阶段有关。
进一步观测与合作
在进行平松大知领导的多波长观测的同时，哈佛大学和CfA的天文学教授、导师埃多-伯杰（Edo Berger）利用夏威夷毛纳凯亚山顶的CfA亚毫米波阵（SMA）对这颗超新星进行了毫米波观测。这些数据直接追踪了超新星碎片与爆炸前流失的致密物质之间的碰撞，这些数据发表在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。
伯杰说："SN 2023ixf 爆炸的时机恰到好处。"就在几天前，我们开始了一项新的雄心勃勃的三年计划，用SMA研究超新星爆炸，而附近这颗令人兴奋的超新星是我们的第一个目标。要想了解大质量恒星在其生命的最后几年直至爆炸前的表现，唯一的办法就是在它们非常年轻的时候发现超新星，而且最好是在它们附近，然后用多种波长对它们进行研究。我们利用光学望远镜和毫米波望远镜，有效地将SN 2023ixf变成了一台时间机器，重建了它的祖星在其死亡前的情况。"
业余天文学家的意义
这颗超新星的发现本身以及紧随其后的后续工作，对全世界的天文学家，包括那些在自家后院从事科学研究的天文学家来说都具有重要意义。板垣于2023年5月19日在日本冈山的私人天文台发现了这颗超新星。板垣和其他业余天文学家的综合数据确定了爆炸的时间，精确度在两小时之内，这为 CfA 和其他天文台的专业天文学家的研究提供了先机。CfA 天文学家继续与板垣合作，进行持续的光学观测。
平松大知说："业余天文学家和专业天文学家之间的合作在超新星领域有着成功的悠久传统。就 SN 2023ixf 而言，板垣光一发现 SN 2023ixf 后，我立即收到了他的紧急邮件。如果没有这种关系，没有板垣的工作和奉献精神，我们就会错失对大质量恒星的演化及其超新星爆炸获得重要认识的机会。"