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在劍魚座方向、距離地球約16萬光年的位置，有一片被稱為“SNR 0509-67.5”的星云，科學家認為，大約300萬年前，那里有一顆恒星發(fā)生了超新星爆發(fā)，而現(xiàn)在我們看到的這片星云，就是它留下的遺跡。
超新星爆發(fā)其實就是一種極為猛烈的恒星爆炸，在已知的宇宙中，這種現(xiàn)象原本并不稀奇，但這顆恒星卻是例外，因為它居然炸了兩次，而這樣的情況，我們此前從未見過。 此次發(fā)現(xiàn)來自一項近日發(fā)表在《自然·天文學》上的新研究，根據(jù)介紹，研究團隊利用了位于智利阿塔卡馬沙漠的甚大望遠鏡（VLT），對“SNR 0509-67.5”進行了長達兩年的觀測，最終獲得了足夠多的觀測數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪制出前所未有的高分辨率圖像。
從圖像中可以看到，“SNR 0509-67.5”呈現(xiàn)出一種清晰的雙層殼狀結(jié)構(gòu)，而光譜分析顯示，這兩層分離的“殼層”都富含鈣元素——這是一種可以在Ia型超新星爆發(fā)過程中生成的常見元素。 研究人員指出，對于“SNR 0509-67.5”這種內(nèi)外兩層、彼此分離的“殼層”，最合理的解釋就是，留下這片遺跡的那顆恒星先后發(fā)生了兩次爆炸，第一次爆炸形成了外面的“殼層”，隨后的一次爆炸則形成了里面的“殼層”，這就好比是我們往水里先后扔進兩塊石頭，會產(chǎn)生兩圈獨立的漣漪一樣。
但問題是，在超新星爆發(fā)中，一顆恒星怎么可能連炸兩次呢？對此，研究人員認為，這種現(xiàn)象可以用一種被稱為“雙重爆炸”（Double-Detonation）的理論模型進行解釋。 具體來講，該模型的“主角”是一種被稱為白矮星的致密天體，它們是中等質(zhì)量恒星在“燃料”耗盡后留下的致密核心。 傳統(tǒng)的理論認為，如果白矮星能從外界獲取到物質(zhì)（通常是通過其伴星獲取），那么當其質(zhì)量累積到“錢德拉塞卡極限”（約為太陽質(zhì)量的1.44倍）的時候，就會因自身質(zhì)量過大而發(fā)生引力坍縮。
在此過程中，白矮星的溫度就會迅速上升，當溫度升高到一定程度時，構(gòu)成白矮星的物質(zhì)（主要是碳和氧）就會發(fā)生核聚變反應(yīng)。 由于白矮星物質(zhì)處于一種極端壓縮的“電子簡并態(tài)”，而這種狀態(tài)下的物質(zhì)的傳熱性能極強，因此核聚變一旦啟動，其產(chǎn)生的熱量就會以極高的速度傳導(dǎo)，并引發(fā)更多的物質(zhì)發(fā)生核聚變，而更多物質(zhì)發(fā)生了核聚變，又會產(chǎn)生更多的熱量……  這樣的正反饋過程，就會引發(fā)熱失控的核聚變，并最終導(dǎo)致整顆星球發(fā)生猛烈的爆炸，這樣的現(xiàn)象，就被稱為Ia型超新星爆發(fā)。 可以看到，在傳統(tǒng)的理論中，足夠多的質(zhì)量是白矮星發(fā)生超新星爆發(fā)的必要條件，而“雙重爆炸”模型卻認為，白矮星質(zhì)量不足的情況下，仍然可以發(fā)生超新星爆發(fā)。 根據(jù)該模型的描述，白矮星會從伴星那里源源不斷地獲取到富含氦元素的物質(zhì)，這些物質(zhì)會覆蓋在白矮星表面并不斷堆積，從而形成一個越來越厚的“氦層”。 在白矮星表面強大的重力環(huán)境中，“氦層”中的物質(zhì)同樣也處于“電子簡并態(tài)”，隨著“氦層”的不斷增厚，其底部的溫度和壓力也會不斷升高，當達到一定程度時，那里的氦就會發(fā)生核聚變，進而引發(fā)整個“氦層”出現(xiàn)熱失控的核聚變（原理同上），進而引發(fā)了第一次爆炸。
在此之后，盡管白矮星的質(zhì)量并沒有達到“錢德拉塞卡極限”，但第一次爆炸產(chǎn)生的沖擊波，會向內(nèi)猛烈擠壓白矮星，進而導(dǎo)致其核心的壓力和溫度瞬間飆升。 這一下，就像有人用一把巨錘狠狠地砸在了炸藥桶上，直接觸發(fā)了核心內(nèi)部的碳氧元素發(fā)生了核聚變，于是就引發(fā)了第二次爆炸，直接將白矮星炸得“粉身碎骨”。
研究人員表示，在此前的觀測中就發(fā)現(xiàn)了個別Ia型超新星爆發(fā)時，其“前身”的質(zhì)量似乎并沒有達到“錢德拉塞卡極限”的標準，而“雙重爆炸”模型正是在此背景下提出的，所以此次的發(fā)現(xiàn)，可以算是為該模型提供了第一個直接的證據(jù)。 不過就目前的情況來看，這還只能算是一種合理的推測，實際情況是否真是如此，還有待進一步的探索。 參考資料：Calcium in a supernova remnant as a fingerprint of a sub-Chandrasekhar-mass explosion，Nature Astronomy (2025)，doi.org/10.1038/s41550-025-02589-5 |
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