圖片來源：Aaron M. Geller/Northwestern University宇宙中有一半的鈣——包括我們牙齒和骨骼中的鈣——是在恆星垂死時產生的。這種被稱為“富含鈣的超新星”的恆星爆炸非常罕見，因此天體物理學家一直在努力尋找並研究它們。然而，這些超新星的性質和它們產生鈣的機制仍然難以捉摸。現在，西北大學領導的一個研究小組可能揭開了這些罕見而神秘事件的真相。有史以來第一次，研究人員用x射線成像檢查了一顆富含鈣的超新星，這為這顆恆星生命的最後一個月和最終的爆炸提供了一個前所未有的機會。新的發現表明，富含鈣的超新星是一顆緻密的恆星，在其生命的最後階段會釋放出一層氣體。當恆星爆炸時，它的物質與外層的鬆散物質碰撞，釋放出明亮的x射線。整個爆炸引起的高溫和高壓，推動化學反應產生鈣。西北大學一年級研究生Wynn Jacobson-Galan領導了這項研究，他說:“發生這樣事件的數量少之又少，以至於我們從來都不知道是什麼產生了富含鈣的超新星。”“通過觀察這顆恆星在它到達關鍵而混亂的終點前的最後一個月所做的事情，我們看到了一個從前未被探索過的地方，為轉瞬即逝的科學現象開闢了新的研究途徑。”西北大學的Raffaella Margutti是這項研究的資深作者，他說:“在這次事件之前，我們已經間接地知道了哪些超新星可能是或者不是富含鈣的。”“現在，我們可以自信地排除幾種可能性。”這項研究將在8月5日的《天體物理學雜誌》上發表。來自15多個國家近70名合著者參與了這篇論文。Margutti是西北大學溫伯格文理學院物理學和天文學的助理教授，也是CIERA(天體物理學跨學科探索和研究中心)的成員。Jacobson-Galan是NSF Margutti瞬變研究小組的研究生研究員。“全球合作被點燃”業餘天文學家喬爾·謝潑德(Joel Shepherd)在西雅圖觀星時首次發現了這一明亮的爆發，並將其命名為SN2019ehk。2019年4月28日，謝潑德用他的新望遠鏡觀測了梅西耶100 (M100)，這是一個距離地球5500萬光年的螺旋星系。第二天，一個橘黃色的小點出現在畫面上。謝潑德向一個社區天文調查報告了這一異常。
Jacobson-Galan說:“當全世界都知道M100中可能存在一顆超新星時，就引發了一場全球合作。”“每個國家都有一個傑出的望遠鏡來觀察這個物體。”這包括美國的主要天文台，如美國國家航空航天局的雨燕衛星，夏威夷的WM凱克天文台和加利福尼亞的裡克天文台。可以遠程訪問凱克的西北大學研究小組，是世界上啟動望遠鏡在光學波長上檢測SN2019ehk的眾多研究小組之一。加州大學聖巴巴拉分校的研究生Daichi Hiramatsu是第一個觸發雨燕在x射線和紫外線中研究SN2019ehk的人。Hiramatsu還是拉斯康佈雷斯天文台的科學家，該天文台在利用其全球望遠鏡網絡監測這顆超新星的長期演化過程中發揮了關鍵作用。全球範圍內的後續行動非常迅速，以至於超新星在爆炸10小時後就被觀測到。雨燕衛星探測到的x射線發射只停留了五天，然後就完全消失了。“在瞬變的世界裡，我們必須在事物消失之前以非常快的速度發現它們。” Margutti說，“最初，沒有人在尋找x射線。Daichi注意到了一些東西，並提醒我們注意到這個看起來像x光片的奇怪外觀。我們看著這些圖像，意識到有東西在那裡。它比任何人想像的都要明亮得多。之前沒有任何理論預測富鈣瞬變現象會在x射線波長下如此明亮。”“鈣出乎意料的豐富”雖然所有的鈣都來自恆星，但富含鈣的超新星的能量最大。典型的恆星一生中通過燃燒氦緩慢地產生少量的鈣。另一方面，富含鈣的超新星會在幾秒鐘內產生大量的鈣。“爆炸正試圖冷卻下來，”Margutti解釋說。“它想釋放自己的能量，而釋放鈣是一種有效的方式。”利用凱克，西北大學的研究小組發現，SN 2019ehk在一個奇異的天體物理事件中釋放出的鈣是迄今為止最多的。“它不只是富含鈣，”Margutti說。“它是出乎意料的豐富。”發現新線索SN2019ehk短暫的光度也說明了它的性質。西北大學的研究人員認為，這顆恆星在最後的日子裡會釋放出一層氣體。當恆星爆炸時，它的物質與外層發生碰撞，產生明亮、高能的x射線。“光度告訴我們恆星脫落了多少物質，以及這些物質離恆星有多近。”Jacobson-Galan說。“在這種情況下，恆星在爆炸前失去了極其少量的物質。那個物質還在附近。”儘管哈勃太空望遠鏡在過去的25年裡一直在觀測M100，但這個強大的設備從未記錄下這顆導致SN2019ehk的恆星——它正在經歷最後的進化過程。研究人員使用哈勃望遠鏡拍攝的照片在爆炸發生前檢查了超新星的位置，並說這是另一個線索，以弄清這顆恆星的真實性質。“它可能是一顆白矮星或非常低質量的恆星。”Jacobson-Galan說。“這兩種情況都會非常微小。”“如果沒有這次爆炸，你不會知道那裡曾經有過什麼東西。”Margutti補充道。“就連哈勃也看不見。”
