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美国宇航局的费米伽马射线太空飞船观测到一次超亮、超强能量的超新星爆炸，这次爆炸可能是由一颗高度磁化的死亡恒星——一种称为磁星的中子星——提供能量的。这颗磁星实际上是在超新星本身中诞生的，当一颗质量远大于太阳的恒星核心在其生命末期经历引力坍缩时，它被强行催生。
在这些核心坍缩的超新星事件中，质量介于太阳质量1到2倍之间的恒星核心会压缩至约12英里（20公里）的半径，形成一颗中子星，正如科学家们所观测到的那样。这种快速压缩不仅意味着中子星由极其致密的物质组成，一茶匙这种物质在地球上重约1000万吨（相当于350座自由女神像堆在一茶匙上），而且还导致它们以每秒高达700次的速率旋转。这些死亡恒星的磁场线也被挤压在一起，增强了中子星磁场的强度，这使得磁星成为已知宇宙中最强大的磁性天体。
“近20年来，天文学家一直在费米数据中搜寻数千颗超新星发出的伽马射线信号，虽然曾报告过一些有趣的线索，但直到现在才算是实锤，”巴黎-萨克雷大学的团队负责人法比奥·阿切罗在一份声明中表示。
一颗超亮超新星
近几十年来，天文学家观测了大约400次核心坍缩超新星，取决于死亡恒星的初始质量，这些超新星也可能诞生黑洞。其中一些恒星爆炸被描述为“超亮”，因为它们产生的可见光量是其他核心坍缩超新星的10倍以上。
2024年，科学家们透露，他们已成功利用费米望远镜探测到了来自一颗名为SN 2017egm的超亮超新星所发出的伽马射线——这是能量最高的光形式。这颗超新星在约4.4亿光年外的NGC 3191星系中爆发。尽管这一距离极其遥远，使得事件发出的伽马射线花了4.4亿年才到达地球和费米望远镜，但它仍是迄今所见离地球最近的核心坍缩超新星之一。
“我们搜寻了费米任务前16年中观测到的六颗最近的超亮超新星所发出的伽马射线，”西班牙巴塞罗那空间科学研究所的吉列姆·马蒂-德维萨在声明中表示。“只有SN 2017egm显示出伽马射线的证据，证实了早先的迹象，即一些超新星在伽马射线波段的亮度可以与可见光波段相当。这为研究这些超有趣的事件打开了新窗口。”
科学家们迫切希望弄清楚超亮超新星为何能爆发出这么猛的能量。一种理论认为，这种额外能量源于这些事件诞生了一颗磁星，其磁场强度是“普通”中子星的1000倍。
该团队观测了SN 2017egm发出的光学和伽马射线辐射，并将这些数据与新生磁星发出的光和粒子流的理论模型进行了比较。这些模型特别重现了所述粒子如何与超新星垂死的前身星抛出的膨胀物质壳层相互作用。特别令人感兴趣的是，一团电子和正电子云（它们互为物质与反物质对应粒子）。
科学家认为，这些粒子是由快速旋转的新生磁星抛出的，并将这团云称为磁星风星云。据信，磁星风星云促进了伽马射线的产生和吸收。其中一种机制是粒子湮灭：当物质粒子与其反物质对应物相遇时，它们会湮灭并以伽马射线形式释放能量。这些伽马射线撞击超新星残骸的外壳，并转化为较低能量的光学光，这解释了为什么这些超亮超新星在可见光下如此明亮。
“在坍缩后大约三个月，随着超新星残骸膨胀和冷却，伽马射线开始逸出，”阿塞罗说。“这种磁星模型在最初几个月内最能模拟超新星的光度和伽马射线的到达时间，但在后期还有提升余地，那时可见光的衰减相当不规则。”
Acero和同事们提出了一种理论，认为这种逐渐消失的现象可能是由恒星在超新星爆炸前几百年喷出的碎片，落回到磁星上导致的。
团队还展望了未来，评估了新的地面伽马射线天文台——切伦科夫望远镜阵列天文台——探测像SN 2017egm这类事件的效率。他们发现，在50小时的观测时间里，这个位于帕拉纳尔天文台和西班牙拉帕尔马岛的望远镜阵列，应该能探测到大约5亿光年外的类似宇宙爆炸。
这或许能帮科学家们最终搞明白这些超强超新星。
团队成员、位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的朱迪·拉库辛表示：“本文讨论的磁星中央引擎机制，是基于过去20年对磁星的大量观测和理论突破。观测超新星产生的伽马射线，会给我们提供一种新方法来探究它们的内部机制。”
该团队的研究结果于周三（5月20日）发表在《天文学与天体物理学》期刊上。
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