多年來，天文學家一直依靠遙遠的超新星作為宇宙信標來研究宇宙並測試物理定律。但在分析一次特定的星暴時，加州大學聖塔芭芭拉分校五年級研究生約瑟夫法拉赫注意到了一些完全出乎意料的事情。這顆超新星似乎產生了一種隨著時間的推移而加速的奇怪信號，他將其描述為「嘰嘰喳喳」。
該雜誌接受的一項新研究中 自然Farah 和一個國際研究小組報告發現了一顆具有非常不尋常行為的超發光超新星 (SN 2024afav)。該小組包括法拉赫的顧問安迪·豪厄爾（Andy Howell），他領導拉斯昆布雷斯天文台（LCO）的超新星研究小組。透過將廣義相對論的想法應用於大質量恆星爆炸的影響，研究人員能夠解釋在這一異常明亮的事件中看到的奇怪訊號。
超新星高亮度背後的奧秘
當一顆大質量恆星耗盡其核燃料時，其核心會塌陷並導致稱為超新星的大規模爆炸。大多數超新星遵循相當平滑的模式，逐漸變亮，然後慢慢淡出。即使是典型的超新星也可以暫時超越整個星系。
然而，天文學家最近發現了一種罕見的超新星群，稱為超亮超新星，其輻射亮度比正常超新星亮 10 至 100 倍。科學家們仍然不完全了解是什麼驅動了這些劇烈的爆炸。其中許多都顯示出令人費解的亮度波動，短暫的光尖峰打斷了預期的平滑曲線，並表明複雜的過程正在膨脹的碎片中展開。
研究人員對亮度的增加提出了幾種解釋。一種可能是能量源位於爆炸的中心。在這種情況下，恆星的塌縮形成了一顆中子星，這是一種密度極高的殘餘物，它將能量注入周圍的碎片中，並增強了超新星的亮度。另一種觀點認為，當爆炸產生的衝擊波與恆星周圍的緻密氣體殼層碰撞時，就會出現亮度峰值。這些碰撞可以暫時增強來自膨脹材料的光線。
來自遙遠超新星的奇怪訊號
LCO 的科學家們密切監視著 SN 2024afav，它距離地球約 10 億光年。在觀察過程中，他們注意到超新星的亮度出現一系列反覆出現的波動。
法拉意識到這種模式組織得太嚴密，無法用隨機交互作用來解釋。這些變化遵循著平滑的、波浪般的節奏，每次波動之間的時間正在迅速縮短。這意味著訊號出現的頻率越來越高。
天文學家首次觀察到超新星產生頻率增加的準週期訊號，形成「啁啾」。這種現象類似於兩個黑洞螺旋在一起時在重力波中偵測到的訊號。
「沒有現有的模型可以解釋隨著時間的推移顛簸速度越來越快的模式，」法拉赫說。 “我開始思考這種情況可能發生的方式，因為信號似乎太有組織性，不可能是由隨機相互作用引起的。”
中心有一顆磁星
最終解釋該訊號的想法來自一個意想不到的來源。當時，法拉正在學習由舊金山加州大學物理學家加里·霍洛維茨教授的廣義相對論課程。
法拉赫認為，超新星留下了磁星，這是一種旋轉速度非常快且具有極強磁場的中子星。在當前模型中，磁星可以充當為超新星提供動力的能源，使其異常明亮並塑造其整體光曲線。
但目前的磁星模型無法解釋反覆出現的顛簸。這些波動可能是由於與周圍氣體的相互作用或磁星能量產生的不規則性所引起的。
法拉提出了不同的機制。在他的模型中，一些爆炸的物質落回磁星並形成傾斜的吸積盤。由於廣義相對論的效應（稱為透鏡-圖林進動），旋轉的磁星扭曲周圍的時空，導致磁碟擺動。
當圓盤移動時，它會週期性地阻擋和反射來自磁星的光。這使得該系統就像一個閃爍的宇宙燈塔。當圓盤逐漸向內移向磁星時，其振盪速度會增加。結果是從地球偵測到加速的光脈衝，產生特有的「鳴叫聲」。
測驗解釋相對論
透鏡轉動並不是導致光碟擺動的唯一過程。為了驗證他們的解釋，法拉赫和她的同事與理論家洛根·普魯斯特（加州大學舊金山分校卡夫利理論物理研究所前博士後研究員）合作，研究了其他幾種可能性。
SN 2024afav 被證明是測試這些想法的強大實驗室，因為任何模型都必須匹配訊號週期和週期變化率。
法拉解釋說：“我們測試了幾種想法，包括純牛頓效應和磁星磁場驅動的進動，但只有透鏡-圖靈進動與時間完全匹配。” “這是第一次使用廣義相對論來描述超新星的機制。”
全球望遠鏡的努力
捕捉這項發現需要全球望遠鏡網路的快速協調。 2024 年 12 月，ATLAS 的一項調查首次發現了最初的爆炸閃光。位於戈利塔的拉斯昆布雷斯天文台網路中的天文台隨後對這起事件進行了 200 多天的追蹤。
在這次長期活動中，研究人員使用全套 LCO 儀器幾乎連續監測超新星。他們還調整了即時監控策略，以確保即使是最小的亮度波動也能被記錄下來。
「這對 LCO 來說是一個巨大的勝利，」法拉赫說。 “LCO 獨特、快節奏的本地數據使我們能夠預測未來的波動，並且動態調整活動的能力使我們能夠實時驗證我們的預測。當預測開始成為現實時，我們知道我們正在觀看一些特別的東西。”
該研究代表了一項重大進步，原因有二。首先，它確定了第一個已知的超新星中「鳴叫」的例子，揭示了在恆星爆炸中觀察到的一種新型行為。其次，它提供了迄今為止最清晰的證據，證明磁星為超發光超新星提供動力，將理論解釋轉化為已證實的機制。
期待未來的發現
法拉將捍衛她的博士學位。明年五月在加州大學柏克萊分校完成論文，並計劃作為加州大學柏克萊分校米勒基礎科學研究所的米勒研究員繼續研究這些現象。在那裡，他將與最初提出磁力超新星模型的科學家丹卡森教授合作。
法拉赫的顧問安迪·豪厄爾強調了這項發現的重要性。
「大約 20 年前，我參與了超發光超新星的發現，起初我們不知道它們是什麼。然後磁星模型被開發出來，它似乎可以解釋所需的驚人能量，但不能解釋顛簸。
豪厄爾繼續說道：“現在，我認為約瑟夫已經找到了確鑿的證據，將凸起與磁星模型聯繫起來，並使用天體物理學中迄今為止測試過的最好的理論——廣義相對論解釋了一切。這非常令人著迷。”
法拉相信天文學家很快就會發現更多這些「鳴叫」的超新星。即將建成的智利 Vera C. Rubin 天文台很快將開始對夜空進行前所未有的調查，在長達 10 年的計劃中每晚產生約 10 TB 的數據。
「這是我有幸參與的最令人興奮的事情，」法拉赫說。 “這是我小時候夢想的科學。” “這是宇宙當著我們的面大聲告訴我們，我們還沒有完全理解它，並挑戰我們去解釋它。”
發布日期: 2026-03-12 02:27:00
來源連結: www.sciencedaily.com
