一种罕见的爆炸恒星的神秘起源已被确定

宇宙的一大谜团是所有金属的真正来源。

我们知道它是在宇宙之火中锻造的——但具体是哪场火，以及以何种比例，就更难确定了。

一种罕见的不含氢和氦的超新星是许多金属的已知来源，尽管产生这些火炉的恒星是打了喷嚏的孤独重量级恒星，还是与贪婪的伙伴一起散发的小质量，从来都不清楚。

现在，由波兰亚当密茨凯维奇大学的马丁·索拉尔 （Martín Solar） 和米哈乌·米哈沃夫斯基 （Michał Michałowski） 领导的一个国际天文学家团队发现，Ic 型超新星的祖先并不都是质量巨大的孤狼，而是通常质量较小的恒星，它们有一个双星伴星，有助于塑造它们命中注定的爆炸的输出。

“我们对大质量恒星研究得越多，它们看起来就越复杂，”Michałowski 告诉 ScienceAlert。

“我们知道它们的进化和命运取决于它们的质量，然后我们了解到细节取决于它们在金属中的富集程度。现在很明显，同伴也可以极大地影响他们的生活。

Ic 型超新星是由已达到其寿命终点的大质量恒星的核心坍缩引起的。恒星核心中的所有氢都已聚变成较重的元素，这颗恒星已经达到了一个地步，其核心元素非常重，以至于它们需要比聚变过程释放的能量更多的能量来聚变。

随着核炉不再释放足够的能量，向外的压力下降，使恒星致密的核心屈服于引力。核心猛烈地坍缩成一个超致密的中子星或黑洞虽然外层以如此高的能量冲向太空，但更重的金属也在喷射物中锻造。

Ic 型超新星的奥秘在于，与其他超新星不同，它们膨胀的外壳中没有可探测到的氢或氦。尽管在恒星核心中耗尽了，但较轻的元素应该在大气中保留了足够的数量。

对于缺失元素之谜，已经提出了两种可能的解决方案。第一个涉及一颗质量约为太阳 20 到 30 倍的恒星，这颗恒星的质量如此之大，可以产生能够吹走其氢和氦的强恒星风。

第二种选择是双星伴星——一颗较小的恒星，它足够近，可以从质量约为太阳 8 到 15 倍的恒星中吸走氢和氦。

在这两种情况下，氢和氦在超新星爆炸之前都被带走，导致它们在超新星喷射物中不存在。

有几种类型的核心坍缩超新星。通过查看档案数据并找到从超新星位置消失的恒星，研究人员已经能够确认其中 23 个观测事件的祖先。

这些祖先都不是来自 Ic 型超新星，但 Michałowski 和他的团队认为他们的环境可能留下了一些线索。

“我受到一个名为 PHANGS（附近 GalaxieS 的高角分辨率物理学）的大型观测程序的启发。他们使用最大的望远镜阵列，阿塔卡马大型毫米波阵列，来观察恒星形成的单个气体云，“他解释说。

“我发现，如果我用对超新星爆炸的云的新观测来补充这些数据，那么我们就可以破译爆炸恒星的性质。”

在超新星位置留下的分子气体可用于确定祖星的质量。氢分子越多，恒星的质量就越大。反过来，质量更大的恒星聚变燃料的速度更快，因此比质量较小的恒星寿命更短。

研究人员研究了 Ic 型超新星留下的分子气体，并将其与 II 型超新星留下的分子气体进行了比较，后者的祖星质量在 8 到 15 个太阳质量之间。两种云中的氢是相同的——这意味着 Ic 型超新星毕竟来自质量较小的恒星。

“我实际上预计 Ic 型超新星的祖先会变成大质量恒星，”Michałowski 说。“事实证明，这些超新星中的大多数并不是以这种方式表现的。”

氢和氦仍然需要去某个地方;最有可能的地方是 binary companion。Michałowski 解释说，这个伴星通常在超新星中幸存下来，但爆炸的力量将伴星推向太空，在那里它以不同的速度度过了相当正常的余生。

同时，这个解释帮助我们理解宇宙中许多元素的来源。我们知道，涉及双星伴星的超新星爆炸会产生碳含量的两倍– 生命的基石 – 所以现在我们可以调整 Ic 型超新星对碳量的贡献。

研究人员还希望对更多超新星的残骸进行天体鉴定，以帮助重建祖星的生活方式。

“具有此类观测的大量超新星将进一步推动这项分析，因为这样我们将能够就其他一些有趣的特性分别研究它们，”Michałowski 告诉 ScienceAlert。

“例如，我们不知道宽发射线的存在是否告诉我们关于这颗爆炸恒星的一些信息。或者宿主星系的某些特性是否会影响恒星的诞生或爆炸方式。此外，我们想以这种方式研究其他超新星类型。

该研究已发表在自然通讯.

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