奇異恆星誕生自「特超新星」爆炸,首證實為宇宙重元素另一來源

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 09 日 13:57 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


目前,重元素公認的主要來源為雙中子星合併,然而中子星在早期宇宙還沒有足夠時間累積能量合併,因此當時發現的重元素勢必來自其他過程。現在,澳洲天文機構 ASTRO 3D 團隊首度從大爆炸後不到 10 億年的一場特超新星(hypernova)爆炸中,發現重元素產生的證據。

特超新星(也稱極超新星、駭新星)是年老特超巨星臨終前的爆發,威力比超新星還要強 10 倍,一般認為爆炸後的核心會直接塌縮為黑洞,並且黑洞會以接近光速的速度往相反方向射出高能量電漿體,是科學家認為伽瑪射線暴的可能源頭之一,只不過特超新星現象極少,在我們的銀河系內,平均每 2 億年只會出現一顆極超新星。

然而,特超新星爆炸後也可能未進階成黑洞,而是變成一顆奇異恆星。

SMSS J2003-1142 這顆恆星於 2016 年經由 SkyMapper 調查與賽丁泉 2.3 公尺望遠鏡首度發現, 2019 年 9 月再次被歐洲南方天文台甚大望遠鏡捕捉,距離太陽約 7,500 光年,但年齡相當大,是當前宇宙的第二代恆星成員,約出生於 130 億年前。

▲ SMSS J2003-1142 位置(十字符號處)。(Source:ASTRO 3D

來自澳洲天文機構 ASTRO 3D 的團隊現在利用麥哲倫望遠鏡(Magellan telescopes)進一步研究恆星化學成分,分析結果顯示 SMSS J2003-1142 鐵含量比太陽還低約 3,000 倍,也就是恆星金屬豐度分類上相當原始的第二星族星(貧金屬恆星);但奇怪的是,SMSS J2003-1142 重元素含量非常高,比如氮、鋅、鈾、銪(也許還有金),使它的存在更加神祕了。

高氮含量表明催生出 SMSS J2003-1142 的母星必須快速自轉,高鋅含量則代表母星爆炸形成 SMSS J2003-1142 的能量是一般超新星 10 倍——也就是罕見的特超新星;此外,大量的鈾需要有大量中子存在,這些重元素都說明 SMSS J2003-1142 來自早期宇宙中的磁自轉特超新星(magneto-rotational hypernova)爆炸事件。

團隊解釋,SMSS J2003-1142 的母星自轉相當快且具有極強磁場,在生命盡頭經歷磁自轉特超新星爆炸後坍縮形成一個緻密、充滿活力的「化學湯池」,將原始恆星的簡單元素氫、氦等融合成更重的元素。

除了雙中子星合併,團隊首度證實磁自轉特超新星爆炸是宇宙重元素的另一個重要來源,並且這可能是早期宇宙恆星形成的重要途徑之一,為了進一步驗證這些結果,我們需要檢測更多類似的古老奇異恆星。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖為示意圖,來源:pixabay

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