清華團隊聯手中外天文學家成功捕捉恆星死亡爆發瞬間

超新星——中等或大品質恆星死亡時的“豪華葬禮”，是地球上幾乎所有重元素的主要來源，也是天文學家了解宇宙膨脹的關鍵線索。超新星爆發時，恆星劇烈增亮，外層物質如焰火般四散爆開，點亮千億顆恆星組成的星系。其中的Ia型超新星在宇宙學研究中具有不可替代的作用，一直是天文學家的研究重點。不過就像誰也無法預料地震什麽時候來臨一樣，長久以來，人們只是觀測到一些爆發之後的殘余，從未見過爆發瞬間的那一記“咆哮”。

2018年1月26日，美國開普勒空間望遠鏡（Kepler Space Telescope，以下簡稱開普勒望遠鏡）記錄了一個來自巨蟹座UGC4780星系方向的信號，由於開普勒望遠鏡數據處理有延遲，此時科學家還沒有意識這一事件的發生，直到2月4日美國全天超新星自動巡天項目利用地面望遠鏡也探測到了這個天體的信號。隨後中國和英國天文學家獲得了這個新天體的光譜數據。清華大學王曉鋒教授長官的中國研究團隊通過分析雲南天文台麗江2.4米望遠鏡得到的早期光譜，判斷出這是一顆距離地球一億七千萬光年的Ia型超新星，隨即該超新星被國際天文學聯合會正式命名為SN 2018oh（圖1上）。

圖1 上：超新星爆發前的星系UGC4780（影像來源：斯隆數字巡天）；下： 超新星SN 2018oh爆發後的星系UGC4780 ，Ia型超新星亮度可以達到普通恆星的數十億倍，點亮整個星系（影像來源：位於河北興隆的清華大學-國家天文台80cm望遠鏡）。

超新星是特定類型恆星死亡時產生的劇烈爆炸，而Ia型超新星源於由碳元素和氧元素組成的（品質接近1.4倍太陽品質的）白矮星的熱核爆炸。20年前人們通過研究這類天體發現宇宙在加速膨脹，從而推測宇宙中存在暗能量。但科學家對這類天體爆發前的星體（前身星）性質仍然缺乏深入了解。這類爆發的早期觀測對理解其前身星系統至關重要。但恆星死亡的時間無法提前預知，因此很難獲得其爆發早期的資訊。

這是人類首次觀測到Ia型超新星的完整爆發過程，開普勒望遠鏡每30分鐘1次的高頻率觀測讓科學家捕捉到其前身星爆炸死亡的最後時刻。結合地面望遠鏡獲得的數據，天文學家得以對這類超新星進行前所未有的詳細研究。全球130多位天文學家展開合作，從不同的角度揭示了SN 2018oh的奧秘，共發表了3篇重要的學術論文，1篇發表在《天體物理學快報》（《The Astrophysical Journal Letters》），2篇發表在《天體物理學》（《The Astrophysical Journal》）雜誌上。其中一篇由中國天文學家主導，清華大學物理系2015級博士生李文雄為論文的第一作者，物理系教授王曉鋒為該論文的通訊作者。美國國家航空航天局（NASA）網站對此系列工作進行了報導（論文全文及NASA報導見文末鏈接）。

王曉鋒教授長官的國內研究組通過分析全世界近20個天文台的觀測數據，得到了超新星SN 2018oh的主要物理參數，發現了在爆發早期點亮該超新星的能量可能存在兩種物理機制。同時清華研究組提出該超新星爆發拋射物中從裡到外均存在未燃燒的碳元素，這與已知Ia型超新星不同。目前的各種理論模型均無法完全解釋SN 2018oh的性質，這為Ia型超新星乃至超新星宇宙學的研究提供了新的線索和挑戰。清華大學物理系博士生李文雄受邀將於2019年1月在天文學重要會議美國天文學會冬季會議（AAS Winter Meeting）進行口頭報告。

參與這項研究工作的國內研究部門還包括中科院國家天文台、雲南天文台、紫金山天文台以及上海交通大學等，國外研究部門主要有匈牙利Konkoly Observatory、美國NASA Kepler Spacecraft團隊、Kepler 2任務團隊、Las Cumbres Observatory、University of Arizona等。本工作得到了國家自然科學基金委、馬化騰基金會、清華大學自主科研項目的支持。