變光脈動對超新星爆炸效果有何影響？
2020 年 03 月 08 日
變光脈動對超新星爆炸效果有何影響？
（ ESO/M. Kornmesser ）
變星是一類亮度不斷變化的恆星。科學家把它們比做在天空中「呼吸」的星體：「吸氣」時漲大變亮；「吐氣」時收縮變暗。一份新研究好奇地想了解，變星在不同的變光時期爆炸成超新星，結果有什麼不同嗎？
獵戶座亮星參宿四（ Betelgeuse ）由於突然變暗引發即將爆發為超新星的猜測，成為媒體關注的焦點。這是一顆接近生命終點的巨大的紅色變星。
科學家知道，當一顆質量是太陽 10 倍以上的大型恆星爆炸的時候，將在宇宙中留下非常壯觀的景象。而參宿四是的質量是太陽的 20 倍。由於參宿四距離地球僅 600 多光年，因此如果它爆發為超新星，那將是在地球上白天都能看到閃光的天文事件。
研究者之一加州大學聖塔芭芭拉分校（ UC Santa Barbara ）的戈德堡（ Jared Goldberg ）說：「我們想了解超新星爆發時刻發生在變星不同的亮度階段，將對結果有何影響？以前的研究建立的模型，沒有考慮不同亮度的時間點。」
超新星璀璨光芒可「被困」百日
研究稱，當參宿四這樣的巨星在內核反應所需的燃料耗盡後，將失去維持其常態的壓力，於是在自身巨大質量的作用下，在只有半秒的瞬間坍塌——快得以至於星體的外殼還來不及反應。
隨著內核的坍塌，原子分離成電子和質子。它們組合成為中子，這個過程又釋放高能的中微子射線。中微子一般情況下不與任何物體產生作用，每秒鍾有 100 萬億個中微子穿透人體而不與人體發生任何碰撞接觸。
因此，超新星爆發是科學家已知的宇宙中最強大的能量爆發事件之一，而坍塌的內核發出中微子的數量和能量之大，哪怕只有一小部分碰到星體的外部物質，都能立即引爆整顆恆星。
巨大的爆炸衝擊波拍打在恆星的外殼上，產生的光亮可以超過整個星系的亮度。這樣的亮度通常可以維持 100 天左右，因為只有當電離氫和游離的電子重新中和之後，射線才能從星體中釋放出去。射線逃逸後，超新星將剩下微弱的放射性塵埃，還能持續發亮數年。
決定超新星亮度的因素
在此之前，科學家已經知道，超新星的特性與恆星的質量、總爆炸能量，以及另一個很重要的因素——恆星的半徑都有關係。這份研究再加上變星的亮度時間點，意味著科學家對超新星爆炸特性的了解又增加了一層維度。
研究人員把變星的變光脈動比做「吸氣」和「吐氣」動作，「吸氣」是漲大階段，「吐氣」是收縮階段。他們發現有的變星整顆星體的脈動是一致的，即裡外層的漲縮狀態一致；然而有的變星內外脈動不一致，即有可能外層在漲大，而中間層在收縮，或者是相反的情況。
研究顯示，對於脈動一致的變星情況比較簡單，不同的階段就可以當作不同半徑的恆星預測其爆炸的效果。
對於內外層脈動不一致的變星，研究人員從他們的模型中看到，這種情況取決於爆炸光線來自星體內部所在的層次。
戈德堡說：「來自收縮層的光較暗，就像來自一個更緊湊的非變星恆星；而來自漲大層的光更亮，就像來自一個大一些的非變星恆星。」
這份研究近期發表在《天體物理學雜誌》（ Astrophysical Journal ）上。
