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三颗卫星（包括美国宇航局的两个）对2018年发生的新星爆发进行了史无前例的观测，首次得到了直接证据，证明爆炸的可见光大部分来自冲击波，即爆炸碎片中形成的压力和温度的突变。 超新星爆炸 新星是一颗原本不显眼的恒星突然短暂地变亮，它产生于伴星的氢流流到白矮星表面时，白矮星是一种比地球大不了多少的致密恒星灰烬。美国宇航局的费米和努斯塔太空望远镜，以及加拿大不列颠多伦多卫星和一些地面设施，都研究了这颗新星。 新星遗骸 by天圣天文馆 新星爆炸 “多亏了一颗特别明亮的新星和一次幸运的突破，我们能够收集到迄今为止一颗新星最棒的可见光和伽马射线观测，”伊莱亚斯·艾迪说，他是东兰辛密歇根州立大学的天文学家，他领导了一个由40个机构组成的国际小组。“我们数据的高质量使我们能够区分与光学和伽马射线同时发生的耀斑，这提供了确凿的证据，证明冲击波在某些恒星爆炸中起主要作用。” 2018年的爆发源于一个后来被称为V906船底座的恒星系统，它位于船底座13000光年之外。随着时间的推移，白矮星不断加深的氢层达到了临界温度和压力（对于一个所谓的经典新星，比如V906船底星来说，可能需要数万年的时间），然后它会爆发一种失控的反应，把所有积累的物质都吹走。 每一次新星爆炸释放的能量是太阳一年输出能量的1万到10万倍。天文学家每年在我们的星系中发现大约10颗新星。 费米后来在2010年发现了第一颗新星，至今已观测到14颗。尽管X射线和无线电研究已经表明在爆炸达到峰值亮度后的几周内，新星碎片中出现了冲击波，但费米的发现还是令人惊讶。 伽马射线是光的最高能量形式，它的产生需要一个将亚原子粒子加速到极限能量的过程。当这些粒子相互作用或与其他物质相互作用时，就产生伽马射线。但是天文学家并没有料到新星的能量足以形成伽马射线产生所需的加速度。 由于伽马射线与可见光峰值出现的时间差不多，所以天文学家得出结论，冲击波在爆炸及其后果中扮演着更为重要的角色。 2015年，由纽约哥伦比亚大学的布莱恩·梅茨格领导的一篇论文揭示了如何将费米伽马射线数据与光学观测进行比较，从而让科学家们了解更多有关新星冲击波的信息。2017年，密歇根州立大学的权乐利（Kwon Lok Li）领导的一项研究发现，在一颗名为V5856射手座的新星中，伽马射线和可见光辐射总体上是同步上升和下降的。这意味着冲击波产生的光比白矮星本身更多。 （2017年）4月13日，星期一，《自然天文学》上发表的由艾迪领导的一篇论文中来自V906船底座的新观测结果惊人地证实了这一结论。 2018年3月20日，俄亥俄州立大学运营的全天空自动超新星观测系统发现了这颗新星。到了月底，V906船底星用肉眼已经看不见了。 幸运的是，一颗名为“布里特 多伦多”的卫星已经在研究这颗新星的天空。这艘微型航天器是五颗7.9英寸（20厘米）立方纳米卫星之一，它是由明亮目标探测器星座组成。加拿大、奥地利和波兰的大学组成的联合体运营的探测卫星，研究明亮恒星的结构和演化，并观察它们与周围环境的相互作用。 “布里特 多伦多”卫星正在监测一颗名为hd92063的红巨星，它的图像与新星的位置重叠。这颗卫星在每98分钟的轨道上对这颗恒星进行了16分钟的观测，每天返回约600次测量数据，无与伦比详细地捕捉到了这颗新星不断变化的亮度。 “在新星达到顶峰时，'布里特 多伦多’卫星发现了八个短暂的耀斑，每一个都几乎是新星亮度的两倍，”密歇根州立大学的基里尔·索科洛夫斯基说。“我们在地面观测中看到了这种迹象，但从未如此清楚。通常我们从地面监测新星，观测较少，而且经常有很大的间隙，这有隐藏短期变化的效果。” 卫星观测 by摄图网 另一方面，费米几乎错过了这场“表演”。正常情况下，大面积望远镜每三小时就在整个天空中绘制伽马射线图。但是当新星出现时，费米小组正忙于解决航天器近10年的轨道运行中的第一个硬件问题——其中一块太阳能电池板的驱动装置停止朝一个方向移动。费米回到工作岗位时，刚好赶上了新星最后三次的耀斑。 实际上，V906 船底星在十亿电子伏特或千兆电子伏特能量下的亮度至少是费米观测到的其他新星的两倍。为了比较，可见光的能量为约2至3电子伏特。 “比较费米和布里特的数据时，我们发现两者几乎同时出现耀斑，因此它们必须共享同一个震源，即快速移动的碎片中的冲击波，”马里兰大学巴尔的摩县和美国航天局位于马里兰州绿带的戈达德太空飞行中心的天体物理学家藤井幸司说，“当我们仔细观察时，有迹象表明伽马射线中的耀斑可能导致可见光中的耀斑。自然的解释是伽马射线耀斑驱动了光学变化。” 研究小组还利用美国宇航局的努斯塔太空望远镜观测到了这次喷发的最后一次耀斑，这只是飞船第二次在新星的光学和伽马射线发射过程中探测到X射线。这颗新星的GeV伽马射线输出远远超过努斯塔 X射线，这可能是因为新星喷出物吸收了大部分的X射线。来自冲击波的高能光在新星碎片内部以较低的能量被反复吸收和再辐射，最终只在可见光波段逃逸。 把所有的观察结果放在一起，艾迪和他的同事描述了他们认为的V906船底座喷发时发生的事情。在爆发的最初几天里，恒星的轨道运动把由多个气体壳层组成的厚厚的碎片云扫成了一个甜甜圈形状，从我们的角度看，这个形状几乎是边缘状的。云层向外扩展的速度不到130万英里/小时（220万公里/小时），相当于从太阳喷出的太阳风的平均速度。 接下来，一股以两倍的速度移动的外流撞击到了甜甜圈内密度更大的结构中，产生冲击波，释放出伽马射线和可见光，包括前4次光学耀斑。 最后，在爆炸发生大约20天后，一股更快的外流以560万英里/小时（900万公里/小时）的速度撞向所有较慢的残骸。这次碰撞产生了新的冲击波以及另一轮伽马射线和光学耀斑。新星外流很可能就是白矮星表面残留的核聚变反应造成的。 天文学家提出用冲击波来解释各种短暂事件所辐射的能量，例如恒星合并、超新星（与恒星毁灭有关的更大的爆炸）和黑洞撕碎经过的恒星时的潮汐破坏事件。布里特，费米和努斯塔对V906船底座的观察提供了这样一个戏剧性的记录。而对附近新星的进一步研究将成为更好地理解冲击波在其他更强大、更遥远的事件中所起作用的实验室。 费米伽马射线太空望远镜是天体物理学和粒子物理的合作伙伴，它由位于马里兰州绿带的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理。费米是与美国能源部合作开发的，法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴都对此作出了重要贡献。 努斯塔是由加州理工学院领导的小型探索者任务，由喷气推进实验室为位于华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理。努斯塔是与丹麦技术大学和意大利航天局合作开发的。太空船则是由维吉尼亚州杜勒斯市轨道科学公司制造的。努斯塔的任务运行中心位于加州大学伯克利分校，官方数据档案在美国宇航局高能天体物理科学档案研究中心。意大利宇航局提供任务的地面站和镜像档案。而加州理工学院为美国宇航局管理喷气推进实验室。 作者: Francis Reddy |
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