天文学家发现使白矮星爆炸的同伴星

G299的X射线/红外合成图像，是距银河系约16,000光年的Ia型超新星遗迹.NASA /钱德拉X射线天文台/德克萨斯大学/ 2马斯社/马萨诸塞大学/卡尔泰克/ NSF

随着年龄的增长，许多恒星会膨胀为发光的超新星而耗尽能量来进行核聚变。但是，有些恒星之所以能成为超新星，是因为它们有一颗近距离且令人讨厌的伴星，有一天会扰动其伙伴，以至于爆炸。

后者的事件可能发生在双星系统中，其中两个恒星试图共享控制力。虽然这颗爆炸的恒星散发出了许多有关其身份的证据，但天文学家必须从事侦探工作，以了解引发爆炸的错误同伴。

1月10日，在西雅图举行的2019年美国天文学会会议上，一个国际天文学家团队宣布，他们已经确定了使它的伴侣成为双星系统的伴侣恒星的类型，即碳氧白矮星。通过对SN 2015cp（距5.45亿光年远的超新星）的反复观测，研究小组发现了爆炸前伴侣星掉落的富含氢的碎片。

SN 1994D（左下）的图像，这是1994年在星系NGC 4526（中心）边缘发现的Ia型超新星。NASA/ ESA /哈勃关键项目组/ High-Z超新星搜索组

华盛顿大学的天文学家梅利莎·格雷厄姆（Melissa Graham）说：“碎片的存在意味着该同伴是一颗红色的巨星或一颗类似的恒星，在使其伴星成为超新星之前，它已经散布了大量物质。”该论文的主要作者被接受在《天体物理学杂志》上发表。

超新星物质以光速的10％撞击到这颗恒星凋落物中，使其在最初爆炸后近两年被哈勃太空望远镜和其他天文台探测到的紫外线发光。通过寻找双星系统中超新星爆发后数月或数年碎片撞击的证据，研究小组认为，天文学家可以确定同伴是杂乱的红色巨人还是相对整洁的恒星。

该团队的发现是对一种特定类型的超新星（称为Ia型超新星）进行更广泛研究的一部分。当碳氧白矮星由于双星伴星的活动而突然爆炸时，就会发生这些情况。碳氧白矮星小而密集，对于恒星来说非常稳定。它们是由较大恒星的坍塌核心形成的，如果不加扰动，它们可以持续数十亿年。

格雷厄姆认为，Ia型超新星已用于宇宙学研究，因为它们始终如一的发光度使其成为理想的“宇宙灯塔”。它们被用来估计宇宙的膨胀率，并作为暗能量存在的间接证据。

然而科学家们还不确定哪种伴星会触发Ia型事件。大量证据表明，对于大多数Ia型超新星，伴星很可能是另一个碳氧白矮星，其后果是不会留下富氢碎片。但是理论模型表明，像红色巨人这样的恒星也可能触发Ia型超新星，这可能留下富含氢的碎片，而这些碎片会被爆炸击中。在迄今为止研究的成千上万的Ia型超新星中，后来只观察到一小部分撞击伴星释放的富氢物质。爆炸后几个月，至少有两个Ia型超新星的先前观测发现了发光的碎片。但是科学家们不确定这些事件是孤立的事件，还是Ia型超新星可能有许多不同种类的伴星的迹象。

“迄今为止，使用Ia型超新星完成的所有科学，包括对暗能量和宇宙膨胀的研究，都基于这样的假设：我们相当了解这些'宇宙灯塔'是什么以及它们如何工作，”格雷厄姆说。“了解这些事件是如何触发的以及对于某些宇宙学研究是否仅应使用Ia类事件的子集非常重要。”

该团队使用哈勃太空望远镜的观测数据，在首次爆炸发生大约一到三年后，寻找了70颗Ia型超新星的紫外线发射。

格雷厄姆说：“从最初事件发生后的数年中，我们一直在寻找含有氢的冲击材料的迹象，这表明该同伴不是另一种碳氧白矮星。”

在2017年，即初次爆炸后的686天，哈勃太空望远镜记录到了SN 2015cp发出的紫外线（蓝色圆圈），这是由于超新星物质撞击了先前由伴星释放的富氢物质造成的。黄色圆圈表示宇宙射线撞击，与超新星无关。2019

以2015年首次发现的超新星SN 2015cp为例，科学家找到了他们要寻找的东西。在2017年，超新星爆炸后的686天，哈勃发现了碎片发出的紫外线。这些碎片远离超新星源-至少相距1000亿公里（即620亿英里）。作为参考，冥王星的轨道距离我们的太阳最高74亿公里。

通过将SN 2015cp与其他Ia型超新星进行比较，研究人员估计，不超过6％的Ia型超新星具有这样的枯虫伴侣。格雷厄姆说，对其他Ia类事件的重复，详细观察将有助于巩固这些估计。

哈勃太空望远镜对于检测SN 2015cp伴星碎片的紫外线特征至关重要。在2017年秋天，研究人员安排了W.M.夏威夷的凯克天文台，新墨西哥州的卡尔·J·詹斯基超大型天体，欧洲南方天文台的超大望远镜和美国国家航空航天局的尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台等等。这些数据被证明对确定氢的存在至关重要，并由密歇根州立大学研究助理切尔西·哈里斯（Chelsea Harris）领导发表在一篇伴随论文中。

格雷厄姆说：“发现并跟踪SN 2015cp的发射确实证明了它需要许多天文学家和各种类型的望远镜共同努力来理解瞬态宇宙现象。”“这也是偶然性在天文学研究中的作用的完美例证：如果哈勃在一个月或两个月后才查看SN 2015cp，那么我们什么也看不到。”

格雷厄姆还是威斯康星大学DIRAC研究所的高级研究员，也是大型天气观测望远镜（LSST）的科学分析师。

格雷厄姆说：“将来，作为定期计划观测的一部分，LSST将自动检测类似于SN 2015cp的光发射-来自受到Ia型超新星物质撞击的氢气的影响。”“这将使我的工作变得如此轻松！”

合著者是哈里斯；加州大学伯克利分校的Peter Nugent和劳伦斯伯克利国家实验室；贝尔法斯特女王大学的Kate Maguire；南安普敦大学的Mark Sullivan和Mathew Smith；加州大学戴维斯分校的Stefano Valenti；斯德哥尔摩大学的Ariel Goobar；太空望远镜科学研究所的Ori Fox；加州大学伯克利分校的Ken Ken，Tom Brink和Alex Filippenko；明尼苏达大学的帕特里克·凯利（Patrick Kelly）；加州大学圣塔芭芭拉分校和拉斯·坎伯雷斯天文台的柯蒂斯·麦库利（Curtis McCully）。这项研究是由美国国家科学基金会，美国国家航空航天局，欧洲研究理事会和英国科学技术设施理事会资助的。

纸：HST紫外线成像调查揭示了Ia SN 2015cp型延缓的星际相互作用