一颗恒星发生了两次爆炸——首张图像揭示其宇宙指纹

大多数超新星是大质量恒星的爆发性死亡产物，但一个重要变种源自看似普通的来源。白矮星——类似太阳的恒星耗尽核燃料后遗留的小型惰性核心——能够产生天文学家称为Ia型超新星的爆发。

"白矮星的爆发在天文学中具有关键作用，"澳大利亚新南威尔士大学堪培拉校区博士研究生、《自然·天文学》今日发表的关于超新星遗迹SNR 0509-67.5研究的首席作者普里亚姆·达斯表示。宇宙膨胀理论的诸多认知都建立在Ia型超新星基础上，它们也是地球铁元素的主要来源，包括人体血液中的铁。"然而尽管其重要性，关于触发爆发的确切机制这一长期谜题仍未解开，"他补充道。

所有解释Ia型超新星的理论模型都起始于双星系统中的白矮星。若其轨道足够接近伴星，矮星就能窃取伴星物质。在最主流的Ia型超新星理论中，白矮星不断累积伴星物质直至达到临界质量，此时将发生单次爆发。但近期研究表明，至少有部分Ia型超新星更适合用恒星达到临界质量前发生的双重爆发来解释。

如今，天文学家获得的新图像证实了他们的直觉：至少部分Ia型超新星是通过"双爆轰"机制引爆的。在这个替代模型中，白矮星周围形成窃取的氦覆盖层，该覆盖层失稳后被点燃。首次爆炸产生的冲击波环绕白矮星传播并向内传导，触发恒星核心的二次爆炸——最终形成超新星。

迄今为止尚未发现白矮星经历双爆轰过程的清晰视觉证据。近期天文学家预测，该过程会在超新星残余辉光中形成独特图案或指纹，在初始爆发后长期可见。研究表明此类超新星遗迹应包含两个独立的钙质壳层。

天文学家现已在超新星遗迹中发现这一指纹特征。研究负责人伊沃·赛滕扎尔(曾在德国海德堡理论研究所工作)表示，这些结果表明"明确迹象表明白矮星在达到著名的钱德拉塞卡质量极限前就能爆发，且'双爆轰'机制确实存在于自然界中"。研究团队通过欧洲南方天文台甚大望远镜的多单元光谱探测器(MUSE)观测到超新星遗迹SNR 0509-67.5中的钙质层(图像中蓝色部分)，这为Ia型超新星可在母体白矮星达到临界质量前爆发提供了有力证据。

Ia型超新星是理解宇宙的关键。它们表现出高度一致的行为特征，其亮度可预测性——无论距离多远——帮助天文学家测量宇宙距离。利用它们作为宇宙量天尺，科学家发现了宇宙加速膨胀现象，该发现荣获2011年诺贝尔物理学奖。研究其爆发机制有助于理解其亮度可预测性的成因。

达斯研究这类爆发还有另一动机。"双爆轰的确凿证据不仅有助于解开长期谜题，更提供了视觉奇观，"他如此描述超新星创造的"精美层状结构"。对他而言，"揭示如此壮观宇宙爆发的内在机制极具成就感。"

本研究成果发表于《自然·天文学》期刊，论文标题为《超新星遗迹中的钙揭示亚钱德拉塞卡质量爆发的指纹》。

研究团队成员包括：P·达斯(澳大利亚新南威尔士大学[UNSW]&德国海德堡理论研究所[HITS])、I·R·赛滕扎尔(HITS)、A·J·鲁伊特(UNSW&HITS&澳大利亚引力波发现卓越研究中心OzGrav&全天空三维天体物理学卓越研究中心)、F·K·勒普克(HITS&德国海德堡理论天体物理研究所&德国海德堡天文计算研究所)、R·帕克莫尔(德国马克斯·普朗克天体物理研究所[MPA])、F·P·A·沃格特(瑞士联邦气象局MeteoSwiss)、C·E·柯林斯(都柏林大学&德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心)、P·加瓦米安(美国陶森大学)、S·A·西姆(英国贝尔法斯特女王大学)、B·J·威廉姆斯(美国NASA戈达德太空飞行中心X射线天体物理实验室)、S·陶本贝格尔(MPA&德国慕尼黑工业大学)、J·M·拉明(美国海军研究实验室)、J·苏赫利(加拿大曼尼托巴大学)、R·萨瑟兰(澳大利亚国立大学)及N·罗德里格斯-塞戈维亚(UNSW)。