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2017年，研究者在甚大陣列 (Very Large Array) 巡天獲取的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一種特別明亮且不尋常的射電源。近日，加州理工學院研究生Dillon Dong等人確定，該射電耀斑由雙星系統(tǒng)中黑洞或中子星撞擊其伴星引起。

當大質(zhì)量恒星停止放熱聚變時，它不再能夠承受自身重力，其核心自行坍縮，引發(fā)超新星爆炸，并留下一個致密的中子星或黑洞。由于大多數(shù)大質(zhì)量恒星都誕生在密近的雙星系統(tǒng)中，中子星或黑洞可以靠近其伴星的軌道，并有可能向內(nèi)旋進直到它們合并。

理論預測，這類合并也會引發(fā)超新星爆發(fā)，但以前從未觀察到此類事件。而此次工作首次確認由恒星合并引起的超新星。

相關(guān)研究論文于9月3日發(fā)表在國際知名學術(shù)期刊《Science》上，論文標題為《A transient radio source consistent with a merger-triggered core collapse supernova》（與合并引起的核心坍縮超新星一致的射電瞬變源）。

論文截圖

“我們對研究射電天空如何隨時間變化感興趣。它變化的最引人注目的方式之一是一顆恒星在超新星中爆炸。當爆炸的恒星撞擊周圍的氣體并產(chǎn)生沖擊波時，超新星會產(chǎn)生射電輻射。想象一下，一輛沒有剎車的汽車以每小時150公里的速度行駛在高速公路上。突然，汽車在高速公路上遇到了車流，它撞上第一輛車，然后這輛車又撞到它前面的車，這種反應持續(xù)著。”Dong對澎湃新聞記者表示。

“在這種情況下，超新星是汽車，可能以每秒10000公里的速度行駛，它所撞擊的‘交通工具’是被黑洞噴射到太空中的恒星外層。這種劇烈沖擊相互作用產(chǎn)生了我們觀察到的射電輻射。”

射電瞬變源是一種壽命短暫的射電源，它像在黑暗房間中點燃的火柴那樣燃燒亮起又迅速熄滅，可以用于識別不尋常的天文事件，例如，大質(zhì)量恒星爆炸并噴出高能噴流，中子星合并等。

此項工作中，Dillon Dong及其同事使用甚大陣列巡天的數(shù)據(jù)搜索射電瞬變源并確定了一個非常明亮的射電源（能發(fā)射強無線電波的天體）——VT J1210+4956。

VT 1210+4956是迄今為止與超新星有關(guān)的最明亮的射電瞬變源。其發(fā)生在一顆恒星以超新星形式爆炸時，爆炸噴出的物質(zhì)與氣體外殼相互作用。

明亮的VT 1210+4956

Dong表示，大多數(shù)超新星比VT 1210+4956暗得多：有些超新星的亮度比VT 1210+4956弱100萬倍以上。這可能是因為他們前面沒有“車輛”。就像美國郊區(qū)的一條公路，很長一段距離內(nèi)都沒有汽車。“在我們的例子中，交通就像從北京機場出來的高速公路。因此，我們觀測到的撞擊是迄今為止觀測到的最明亮的射電超新星之一。”

然而，由于氣體外殼本身及其從恒星上脫離的時間尺度都不尋常，Dong懷疑這次爆炸的故事可能有更多內(nèi)容。加州理工學院研究生 Anna Ho建議將這種無線電瞬變與 X 射線光譜中不同的短暫明亮事件目錄進行比較。通過比較，Dong發(fā)現(xiàn)了一個與 VT 1210+4956 來自天空中同一點的 X 射線源，仔細分析后他確定 X 射線和無線電波很可能來自同一事件。

VT 1210+4956 與其他射電超新星的推斷的沖擊特性比較

該團隊在仔細建模后確定了最可能的解釋。他們推測，一個雙星系統(tǒng)中，一顆恒星先爆炸留下殘骸（黑洞或中子星），該殘骸一直在緊密地圍繞著伴星。隨著時間的推移，黑洞開始吸走伴星的大氣層并將其噴射到太空中，形成氣體環(huán)。這個過程將兩個天體拉得越來越近，直到黑洞陷入伴星，導致伴星坍縮并爆炸為超新星。

X射線由恒星坍縮時從核心發(fā)射的噴流產(chǎn)生。相比之下，無線電波是在幾年后爆炸的恒星到達氣團時產(chǎn)生的，氣團是由旋進的致密物體噴射出來的。

一顆大質(zhì)量恒星和一個致密天體可以形成“穩(wěn)定軌道”（stable orbit），兩個天體會在漫長的時間內(nèi)逐漸螺旋靠近。這個過程形成了一個穩(wěn)定數(shù)百萬到數(shù)十億年的雙星系統(tǒng)，但最終會發(fā)生碰撞并發(fā)出LIGO團隊在2015年和2017年觀測到的那種引力波。

然而，在VT 1210+4956的情況下，兩個天體立即發(fā)生了碰撞，產(chǎn)生了X射線和無線電波。盡管理論上已經(jīng)預測了此類碰撞，但這是首次發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實證據(jù)。

“這是發(fā)現(xiàn)首個的大質(zhì)量恒星吞噬其中子星或黑洞鄰居時產(chǎn)生的超新星。”Dong表示，“在過去的10年里，天文學家已經(jīng)開始意識到大多數(shù)恒星并非單獨誕生的：許多大質(zhì)量恒星以雙胞胎或三胞胎（甚至更多）的形式誕生。一個系統(tǒng)中多顆恒星之間的相互作用可以產(chǎn)生非常有趣的行為，這一點我們現(xiàn)在才開始了解。我認為這種新型超新星只是將從多顆恒星相互作用中發(fā)現(xiàn)的許多有趣現(xiàn)象之一。”

談及關(guān)于超新星的下一步研究，Dong表示，“這顆超新星仍在進行中，所以我會繼續(xù)觀察它，直到它從探測中消失。這將有助于我們了解中子星或黑洞何時進入恒星的第一階段。我還將繼續(xù)在射電天空中尋找有趣的新的射電源。”

（劉航）