天文学家在研究罕见超新星 SN 2021yfj 时，发现了来自一颗濒死恒星最深层之一的物质，从而得以一窥其隐秘的内部。这一发现证实了关于大质量恒星如何锻造构成行星、世界和生命的元素的关键理论。
在一篇发表于《自然》的论文中，美国西北大学的史蒂夫·舒尔茨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发生情况的理论——以及它们如何塑造了我们今天所见的宇宙基石。
恒星如何制造元素
恒星由核聚变驱动——这是一个将较轻原子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，随后形成碳等更重的元素。质量最大的恒星会继续生成氖、氧、硅，最后是铁。
每一个燃烧循环都比前一个更快。氢循环可以持续数百万年，而硅循环则在短短几天内结束。
随着大质量恒星核心的不断燃烧，核心外部的气体形成了分层结构，连续的层记录了燃烧循环演变的成分。
当这一切在恒星核心发生时，恒星也在通过恒星风将气体从表面抛射到太空中。每一次聚变循环都会产生一个膨胀的气体壳，其中包含不同的元素组合。
核心坍缩
当大质量恒星核心充满铁时会发生什么？极高的压力和温度会使铁发生聚变，但与较轻元素的聚变不同，这一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抵抗重力——因此现在铁核将发生坍缩。根据其初始大小，坍缩后的核心将成为一颗中子星或一个黑洞。
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。
爆发照亮了恒星早期抛射出的气体层，使我们能够观测其成分。在此前所有已知的超新星中，这些物质均来自前两个核燃烧循环产生的氢层、氦层或碳层。
内层（氖、氧和硅层）均在恒星爆发前短短几百年内形成，这意味着它们没有足够的时间扩散到远离恒星的地方。
爆炸之谜
但这正是新发现的超新星 SN2021yfj 如此引人注目的原因。舒尔茨及其同事发现，该恒星外部的物质源自硅层，即紧贴铁核之上的最后一层，其形成时间尺度仅为数月。
恒星风必定在爆发发生前就已将所有外层甚至包括硅层全部抛射殆尽。天文学家尚不清楚恒星风如何能强大到足以做到这一点。
最合理的解释是涉及了第二颗恒星。如果另一颗恒星围绕爆发的恒星运行，其引力可能迅速剥离了深处的硅层。
恒星爆发造就了今天的宇宙
无论作何解释，这种对恒星深处的观测都证实了我们关于大质量恒星内部核聚变循环的理论。
这为何重要？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小质量恒星产生。一些重元素（如金）则产生于中子星碰撞合并这一极端环境中。
然而，氧以及氖、镁、硫等其他元素主要来自核心坍缩超新星。
我们之所以为我们，归功于恒星内部的运作。恒星中元素的持续产生导致宇宙不断演变。较晚形成的恒星和行星与早期形成的截然不同。
在宇宙年轻时期，“有趣”元素的含量要少得多。一切运作方式都有所不同：恒星燃烧得温度更高、速度更快，行星可能形成得更少、方式不同，或者根本无法形成。
超新星爆发的频率及其向星际空间喷射的物质，是理解我们的宇宙和世界何以成为如今样子的关键问题。