簡介：你我的身體都是星辰的遺骸。

宇宙中時刻發(fā)生的超新星爆發(fā)不斷地向空間中釋放鈣元素，對此，誕生在西雅圖的一個科學(xué)發(fā)現(xiàn)引起了一場世界性的研究熱潮。

一、一切的一切，都源自2005年的新發(fā)現(xiàn)。

2005年，人們觀測到了一顆超新星。這顆超新星的發(fā)現(xiàn)徹底改變了人們對宇宙的認知。同樣被改變的還有人們對某種礦物元素的認知，它就是維持生命所必需的一種元素——鈣元素。

圖解：宇宙中鈣元素的X射線成像圖。圖源：NASA。

研究人員最終確定，宇宙中之所以有那么豐富的鈣元素，恰是因為這類超新星爆發(fā)事件的存在。正是它們，制造了地球上所有的鈣元素，包括蘊含在你我體內(nèi)骨頭中的鈣元素。

現(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)有能力通過X射線來研究這類釋放鈣元素的超新星了。他們首次研究的對象便是上文所說的這顆超新星。

二、一個新的超新星亞類的誕生。

這類釋放鈣元素的超新星本身都富含鈣元素。它們對人類的首次亮相是在十年以前，某顆低質(zhì)量的白矮星爆炸的時候。白矮星是一類致密的恒星，其體積小至接近行星，并擁有極其巨大的內(nèi)部壓力。當(dāng)時，這顆白矮星正從它的主星上攫取氦元素，且已達到一個不穩(wěn)定的平衡點。要知道，穩(wěn)定的白矮星的質(zhì)量是有上限的，其值大約是1.4倍太陽質(zhì)量。

于是乎，白矮星所掠奪的過多的氦催生了猛烈的沖擊波，整顆星星都可能在這場沖擊波下土崩瓦解。沖擊波引發(fā)的爆炸在1億光年外的地球上被探測到了。根據(jù)科學(xué)家們的計算，在這次爆炸中被拋到宇宙空間中的物質(zhì)內(nèi)，鈣元素的質(zhì)量占去了總質(zhì)量的一半。在當(dāng)時，它被歸于超新星中一個新的亞類[1]。

圖解：白矮星從主星上吸取物質(zhì)的藝術(shù)描繪圖，白矮星將因此迎來自己的宿命。圖源：原文。

然而，十年之后，這類神秘的白矮星依然讓許多科學(xué)工作者覺得難以完全理解，其中包括美國西北大學(xué)的一年級研究生溫·雅各布森·加蘭（Wynn Jacobson-Galan）。雅各布森·加蘭是一項相關(guān)研究[2]的領(lǐng)導(dǎo)者，研究論文曾在《天體物理學(xué)雜質(zhì)》上發(fā)表[3]。他在一份新聞稿[4]中聲明：“這類白矮星的爆發(fā)仍然相當(dāng)罕見，所以我們還沒能搞清楚它的成因?！?/p>

這也正是雅各布森·加蘭團隊選擇研究編號為SN 2019ehk的超新星的原因，畢竟這顆超新星在早期的表現(xiàn)與那些“釋放鈣元素的超新星”十分相似[5]。該研究團隊認為，這顆超新星很可能由一顆白矮星或者低質(zhì)量的致密恒星體演化而來。

三、險些被忽略的X射線源。

通過X射線成像，人們知曉了這類超新星的更多具體情況，特別是它們制造出那些鈣元素的方法。實際上，這類富含鈣元素的超新星都十分致密，并且會在它們的最后演化階段中向外界拋射出自己的外部的氣體殼層。這個氣體殼層主要由氫和氦組成[6]，并會在與恒星剩余的內(nèi)部物質(zhì)相互作用的過程中升溫至大約10000華氏度。

圖解：被圈出的星星都是白矮星。圖源：NASA。

在兩者進行相互作用之時，一個化學(xué)反應(yīng)也會悄然發(fā)生。這是個生成鈣元素的反應(yīng)，反應(yīng)速度較快。人類體內(nèi)的鈣元素，盡管是人體內(nèi)含量最豐富的礦物質(zhì)元素，也全部都是由這里的反應(yīng)生成的。

超新星SN 2019ehk的爆發(fā)并不是永久的事件，這種事件在天文學(xué)界被稱作“瞬變事件”。首先發(fā)現(xiàn)這顆超新星的是西雅圖的一位業(yè)余天文愛好者，他在觀測旋渦星系M100[7]時在星系里面發(fā)現(xiàn)了它。此后，整個國際天文學(xué)界都開始了對該超新星的觀測行動。宇宙可真是廣闊??！你可知道哈勃太空望遠鏡已經(jīng)觀測了M100整整25年，卻從來沒有在里面看到過SN 2019ehk爆發(fā)前后的樣子。

圖解：M100星系。圖源：NASA。

該研究的論文一作、天文物理學(xué)家拉斐拉·馬古蒂 (Raffaella Margutti)表示，時間至關(guān)重要。

“在瞬變事件的研究天地中，我們必須在事件結(jié)束之前很快地發(fā)現(xiàn)它們。剛開始的時候，沒有人注意到M100里面有X射線源，直到加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的研究生平松大地注意到了一些端倪。在他的提醒之后，我們才去分析星系的照片，然后注意到這個星系里面確實有奇特的東西，它比任何人想象的都要明亮得多。此前，沒有任何一個理論預(yù)測到這類釋放鈣元素的超新星爆發(fā)會是如此明亮的X射線源?！?/p>

圖解：M100星系的位置。圖源：Image courtesy of Stellarium。

四、你我的身體都是星辰的遺骸。

宇宙中所有的鈣元素都來源于這些星星[9]。該團隊在夏威夷凱克天文臺[10]的幫助下研究了SN 2019ehk，并發(fā)現(xiàn)它是有史以來最大的單個鈣元素譜的射電源。凱克天文臺其實是世界上最大的光學(xué)望遠鏡和最大的紅外望遠鏡的所在地。

圖解：夏威夷凱克天文臺。圖源：keckobservatory。

馬古蒂說：“超新星可不僅僅是鈣元素的制造者，它能制造各種貴重元素，比世界上最富有的富翁還要富有得多呢?！?/p>

附錄：研究論文摘要。

SN 2019ehk是一顆富含鈣元素的超新星，位于恒星形成星系M100，和地球的距離約為16.2百萬秒差距。我們從該超新星爆發(fā)后10小時開始對其進行全色成像觀測，持續(xù)約300天，并對其進行了建模。該超新星的亮度分別在第3天和第15天達到峰值。在第一個峰值附近，數(shù)據(jù)與Swift-XRT觀測到的明亮X射線源的數(shù)據(jù)相吻合，光度峰值約為1041爾格每秒，并以與時間的三次方成反比的形式衰減。該數(shù)據(jù)還與Shane/Kast光譜探測數(shù)據(jù)吻合，檢測到了較窄的Hα譜線和He II譜線（參數(shù)v約為500千米每秒），這些譜線來源于先前存在的星周物質(zhì)。我們將這種現(xiàn)象歸因于前身星周圍（距離小于10^15厘米）的致密而正在膨脹的物質(zhì)的突然產(chǎn)生的相互作用而引起的輻射，以及此后它逐步冷卻時所發(fā)出的輻射。通過計算，環(huán)繞恒星介質(zhì)總質(zhì)量約為7毫太陽質(zhì)量，粒子密度約為10^9每立方厘米。無線電觀測表明，在離星體比較遠的地方，粒子密度顯著降低，甚至不及10^4每立方厘米。

在第二個峰值附近，星體的光度光譜特性與那些釋放鈣元素的超新星是一致的，其光度開始上升的時間在超新星爆發(fā)后的13.4±0.210天，經(jīng)藍色濾波后峰值為-15.1±0.200幅值。我們發(fā)現(xiàn)，該超新星合成了3.1±0.11厘太陽質(zhì)量的鎳-56，以(1.8±0.10)×10^50爾格的總動能拋出了總質(zhì)量為0.72±0.040太陽質(zhì)量的物質(zhì)。最后，SN站點的深度HST爆炸前成像表明，前身星的質(zhì)量只能屬于最小的那一檔（10太陽質(zhì)量附近），這類伴星要么失去了大部分氦氣外層，要么就是白矮星。SN 2019ehk的爆發(fā)情況和環(huán)境情況進一步表明，該潛在的WD前身系統(tǒng)只能是質(zhì)量較小的HeCO WD + CO WD的混合雙星系統(tǒng)。

BY:?David Grossman

FY:?浪漫主義學(xué)派

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