一颗罕见的超新星剥离了恒星层，揭示了一个隐藏的秘密

在一篇发表于《自然》的论文中，美国西北大学的 Steve Schulze 及其同事描述了超新星 2021yfj 及其周围的一层厚气体壳。

他们的发现支持了我们现有的关于大质量恒星生命末期内部情况的理论，以及它们如何塑造了我们今天所看到的宇宙基石。

恒星如何制造元素

恒星由核聚变提供动力——这是一个较轻原子被挤压在一起形成较重原子并释放能量的过程。

聚变在恒星的一生中分阶段发生。在一系列循环中，首先氢（最轻的元素）聚变成氦，随后形成更重的元素如碳。质量最大的恒星会继续生成氖、氧、硅，最后是铁。

每个燃烧循环都比前一个快。氢循环可以持续数百万年，而硅循环在几天内就结束了。

随着大质量恒星核心的不断燃烧，核心外的气体获得了层状结构，连续的层记录了燃烧循环演进的成分。

当这一切在恒星核心发生时，恒星也在通过恒星风将其表面的气体带走，抛入太空。每个聚变循环都会产生一个包含不同元素混合物的膨胀气体壳。

当大质量恒星的核心充满铁时会发生什么？巨大的压力和温度会使铁发生聚变，但与较轻元素的聚变不同，这个过程吸收能量而不是释放能量。

聚变释放的能量一直支撑着恒星对抗引力——所以现在铁核将坍缩。取决于其初始大小，坍缩的核心将成为中子星或黑洞。

坍缩过程产生了一次“反弹”，将能量和物质向外抛射。这被称为核心坍缩超新星爆发。

爆炸照亮了恒星早先抛射出的气体层，使我们能够看到它们的成分。迄今为止，在所有已知的超新星中，这些物质要么是氢、氦，要么是碳层，产生于前两个核燃烧循环。

内层（氖、氧和硅层）都在恒星爆发前短短几百年内产生，这意味着它们没有时间运行到离恒星很远的地方。

但这正是新超新星 SN2021yfj 如此有趣的原因。Schulze 及其同事发现恒星外的物质来自硅层，即铁核正上方的最后一层，其形成时间尺度仅为几个月。

恒星风必须在爆炸发生前将所有层一直剥离到硅层。天文学家不理解恒星风如何能强大到足以做到这一点。

最合理的情景是涉及了第二颗恒星。如果另一颗恒星围绕爆发的那颗恒星运行，其引力可能迅速拉出了深处的硅层。

无论解释如何，这种对恒星深处的观察证实了我们关于大质量恒星内部核聚变循环的理论。

为什么这很重要？因为恒星是所有元素的来源。

碳和氮主要由类似于我们太阳的低质量恒星制造。一些重元素如金则是在中子星碰撞并合的奇特环境中制造的。

然而，氧和其他元素如氖、镁和硫主要来自核心坍缩超新星。

我们之所以成为我们，是因为恒星内部的运作。恒星中元素的不断产生导致宇宙持续变化。较晚形成的恒星和行星与早期形成的截然不同。

当宇宙更年轻时，“有趣”的元素要少得多。一切运作方式都略有不同：恒星燃烧得更热、更快，行星可能形成得更少、方式不同，或者根本没有形成。

超新星爆发了多少以及它们向星际空间喷射了什么，是弄清楚为什么我们的宇宙和世界是现在这个样子的关键问题。