NASA 費米伽瑪射線太空望遠鏡首度偵測高能伽瑪射線，揭開「超亮超新星」能量之謎

美國 NASA「費米伽瑪射線太空望遠鏡」（Fermi Gamma-ray Space Telescope）近期首次明確偵測到來自「超亮超新星」（superluminous supernova，SLSN）的高能伽瑪射線訊號，為長期爭論的超新星能量來源提供重要觀測證據。

研究團隊分析費米望遠鏡16年累積資料後，確認位於大熊座、距離地球約4.4億光年的SN 2017egm，是目前唯一展現顯著伽瑪射線特徵的超亮超新星。該研究顯示，部分超亮超新星不僅在可見光波段極為明亮，其高能輻射輸出亦可能同樣強烈，象徵高能天文學開啟研究此類爆發事件的新觀測窗口。本研究已發表在《天文學與天體物理學》期刊上。

▲ 超亮超新星SN 2017egm於2017年5月23日由歐洲太空總署的蓋亞（Gaia）任務發現。該超新星爆發於一個大型棒旋星系NGC 3191中；左圖顯示的是爆發前的星系影像。右圖攝於2017年7月1日，可見超新星亮度甚至超越了整個母星系。（Source：NASA）

超新星爆發是指質量遠超過太陽的恆星在耗盡核融合燃料後，其核心因重力崩潰形成中子星或黑洞，並將外層物質高速拋射。然而，超亮超新星的可見光亮度可達一般超新星十倍以上，其額外能量來源始終是理論研究焦點。其中最受重視的模型，即為「磁星」（magnetar）驅動機制。磁星是一類擁有極端強磁場的中子星，其磁場強度可達普通中子星千倍以上。研究指出，新生磁星每秒可自轉數百次，並產生大量電子與正電子流，形成高能粒子雲，即所謂「磁星風星雲」（magnetar wind nebula）。在此環境中，粒子交互作用會產生高能伽瑪射線，並與超新星拋射物持續碰撞。

研究團隊建立理論模型後發現，SN 2017egm的可見光與伽瑪射線演化特徵，與磁星驅動模型高度吻合。理論指出，在爆發後約三個月，隨著超新星拋射物逐漸膨脹與冷卻，原先受困於內部的伽瑪射線便開始外洩，使費米望遠鏡得以偵測相關訊號。研究人員認為，此結果可能是迄今最直接觀測到磁星中央引擎運作的證據之一，也意味著伽瑪射線觀測可作為探索超新星內部物理的重要探針。此外，晚期光度衰減的不規則性亦暗示，除了磁星供能外，可能尚包含回落物質吸積及震波與周圍介質交互作用等複合機制。

研究團隊指出，憑藉新一代「切倫科夫望遠鏡陣列天文台」（Cherenkov Telescope Array Observatory）等高靈敏度地面設施，未來有望在5億光年範圍內探測到更多類似事件。透過太空與地面觀測站的協同運作，將能更進一步解析超亮超新星的內部運作機制。