天文學家長期尋找的難以捉摸的新型超新星實際上存在

在一項最新的研究，天文學家發現首個令人信服的證據，宇宙中存在一種新型由的電子俘獲超新星類型的恆星爆炸。早在大約四十年前，東京大學野本憲一等人就提出過關於電子俘獲超新星的理論，但一直以來，天文學家都沒有找到它們真實存在於宇宙中的例子。

超新星主要分為兩種類型：熱核和鐵核坍縮。熱核超新星是一顆白矮星在雙星系統中獲得了物質後發生的爆炸，這些白矮星是低質量恆星（約小於八倍太陽質量）在生命結束後遺留下來的緻密殘骸；鐵核坍縮超新星是當大質量恆星（約大於十倍太陽質量）耗盡核燃料時，其鐵核坍縮，形成黑洞或中子星時產生。

電子俘獲超新星介於這兩種主要超新星之間。根據理論，它是由大質量的超漸近巨星支（super asymptotic giant branch，簡稱 SAGB）恆星爆炸產生。這些恆星的質量在八至十倍太陽質量之間，這樣的質量不足以產生鐵，當它們的核心由氧、氖和鎂構成時，就會停止聚變。一旦耗盡燃料，引力就會擠壓氧-氖-鎂核心中的原子，迫使電子在一個稱為電子俘獲的過程中進入原子核，導致恆星的核心在自身重量的作用下發生彎曲和坍縮，從而形成電子俘獲超新星。但對於這些預測，天文學家一直缺乏證據證明。

現在，一組國際研究團隊用兩年的時間，收集了超新星SN 2018zd的詳細數據，並確認這就是第三種超新星，為與電子俘獲超新星相關的理論提供首個證據。

在過去的幾十年裡，理論家已經對電子俘獲超新星以及它們的超漸近巨星支恆星前身天體做了很多預測。比如他們認為這類恆星應該質量很大；它們在爆炸前會失去很多質量；在即將死亡時，它們應該有著不同尋常的化學成分。此外，電子俘獲超新星應該很弱，只有很少的放射性沉降物，並且其核心應該有含有大量中子的元素。

終於，在這次的新研究中，研究人員通過全球範圍內的數十枝望遠鏡，在超新星SN 2018zd身上發現許多異常的特徵，其中有些特徵是首次出現在超新星上。

SN 2018zd於2018年3月由天文學家發現，它位於NGC 2146星系，距離我們大約三千一百萬光年之遠。研究人員檢查由哈勃太空望遠鏡拍攝到的爆炸前的圖像，並探測到爆炸發生之前的前身恆星的樣子。這些觀測結果與最近在銀河系中發現的另一顆超漸近巨星支恆星一致，但與紅超巨星，普通鐵核坍縮超新星的前身天體，有所不同。

他們查閱了所有已發表過的關於超新星的數據，發現雖然其中有些也擁有一部分與預測中的電子俘獲超新星相符的特徵，但只有SN 2018zd擁有所有相符的特徵。它擁有一個超漸近巨星支恆星作為前身天體，在爆炸發生之前有重大的質量損失，它還有不同尋常的化學成分，且爆炸微弱，以及很少的放射性和一個富含中子的核心。很明顯，所有的證據都顯示，這是一顆電子俘獲超新星。

【圖：拉斯昆布斯天文台 Las Cumbres Observatory；文：節錄自原理網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年6月28日出版的《自然-天文學》期刊