超新星爆發是宇宙最極端的天文現象之一，大質量恆星在死亡時釋放大量能量並塌縮成中子星或黑洞，爆發的能量能使光度短暫超過整個星系。但你聽過失敗超新星嗎？
今年有兩篇論文分別研究兩個「失敗超新星」的候選天體。
第一篇論文2月發表，對象是焰火星系（NGC 6946）的N6946-BH1。N6946-BH1原本是紅超巨星（RSG），2009年時觀察到可見光與紅外線波段顯著增強，但未達典型超新星光度，之後經歷長達數千天光度衰減。
第二篇論文發表於10月，對象為仙女座星系的M31-2014-DS1，是一顆耗盡氫的超巨星。M31-2014-DS1只有在中紅外線波段觀察到光度增強，沒有可見光爆發紀錄。這種紅外線增強持續約千日，並之後數千天觀察到明顯光度下降。
兩個超新星的光度變化與典型超新星明顯不同。典型超新星會產生劇烈的可見光爆發，釋出能量導致光度急速增強並數天至數週內達巔峰，光度增強是因超新星爆發的衝擊波驅散原本恆星外殼並與周圍物質相互作用。
N6946-BH1與M31-2014-DS1沒有發生強烈的可見光爆發，代表兩顆超巨星的外殼物質可能無法完全拋出，使輻射以紅外線為主。典型超新星在光度達峰值後會於數月內逐漸衰減，但N6946-BH1與M31-2014-DS1光度下降時間長達數千天，這種緩慢且持久的衰減與塵埃形成和外殼物質回落有關，而非來自典型超新星的放射性元素衰變能量（如鎳-56）。同時，雖然超新星爆發會在周圍形成塵埃，但典型超新星塵埃通常會在爆發後數個月到數年才形成，且不會顯著影響光度衰減，但這兩個案例可能爆發早期塵埃就迅速形成導致可見光被吸收，中紅外線波段的輻射大幅增加。
▲ 藝術家描繪紅巨星爆發失敗下形成黑洞。左起大質量恆星演化成紅巨星，恆星的外殼擴張成較冷的瞬變來源並包圍著新生黑洞，剩餘物質可能會重新透過吸積盤與吸積流落入黑洞，並提供數年紅外線輻射源。（Source：NASA / ESA / P. Jeffries (STScI)）
N6946-BH1與M31-2014-DS1光度變化模式共同驗證了「失敗超新星」形成過程的理論：核心塌縮形成黑洞時，能量不足以將恆星外殼完全拋出去，導致大部分物質回落並形成黑洞；釋出物質形成塵埃雲使光度減弱，可見光被遮蔽。研究顯示，儘管N6946-BH1與M31-2014-DS1是目前唯二確認的失敗超新星，但這類事件可能比我們過去認為的更普遍，並提供理解恆星質量黑洞形成的新觀點。
▲ 沒有足夠能量的微中子震波（neutrino shock wave）可能導致黑洞形成卻沒有超新星爆發的過程。A圖顯示初始震波，藍色線條代表微中子釋放，紅色圈代表向外傳播震波。B圖顯示因微中子的能量不足導致震波停滯，白色箭頭代表向內墜落的物質。外層物質向內墜落但是微中子加熱不足以再次生成震波。C圖以紅色虛線顯示失敗的震波，更粗的白色箭頭代表加速的物質塌縮，使核心變得更緊密。D圖黑洞形成，剩餘物質形成吸積盤。（Source：Universe Today）
科技新報粉絲團
加入好友
訂閱免費電子報
