這是天文學家首次發現大質量恆星死亡時產生緻密天體—中子星或黑洞—的直接證據。
當大質量恆星接近生命盡頭時，由於自身引力的急劇坍縮，引發一場超新星爆炸。天文學家相信，在這爆炸劇變之後，剩下的是恆星的超高密度核心殘骸。根據恆星的質量，這高密度核心殘骸可能是一顆中子星，密度高到一茶匙的大小重約一兆公斤；或者是一個黑洞，一個重力場大到連光都無法逃離的物體。雖然過去有模型和線索支援這一理論，例如在蟹狀星雲中發現的中子星，但以前從未真實觀察到緻密天體生成的過程，這使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接證據一直難以捉摸。
2022年5月，南非業餘天文學家Berto Monard在距離7500萬光年的星系NGC 157的螺旋臂中發現了超新星SN 2022jli。隨後兩個獨立的研究團隊（Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024）將注意力轉向這次爆炸的後續，並發現它具有獨特的行為，進而發現了大質量恆星死亡時產生緻密天體—中子星或黑洞—的直接證據。在爆炸之後，大多數超新星的亮度會隨時間逐漸減弱，通常呈現出「平滑、漸進的下降」的光曲線。但SN 2022jli的行為卻非常奇特：隨著總體亮度的降低，其變化呈現非連續平滑的趨勢，而是每隔約12天上下擺動一次，形成交替出現的明亮和減暗的序列。這是超新星光曲線中首次檢測到的重複週期振蕩。Moore和Chen兩個團隊都認為，SN 2022jli系統中存在多顆恆星可能解釋了這種行為。實際上，大質量恆星與伴星相互環繞是相當普遍的，被稱為雙星系統，而SN 2022jli也不例外。然而，引人注目的地方在於，觀測發現其系統中氫氣呈現週期性運動和週期性的伽馬射線爆發，這顯示伴星似乎在超新星爆炸過程中倖存，並且可能持續與另一顆超新星互相繞行。儘管無法直接觀測到緻密天體本身的光，但這種能量激增只能歸因於一顆看不見的中子星，或者可能是一個黑洞，定期吸引伴星氫氣大氣層中的物質，導致氫氣的週期性運動和伽馬射線的爆發，並在研究人員的資料中表現為亮度的週期波動。這項研究就像是透過收集所有可能的證據解開一個謎題：在超新星爆炸時，黑洞或中子星的存在得到了確認。
圖說：這是一幅藝術家手中SN 2022jli系統的超新星爆炸後的畫面。大質量恆星爆炸成超新星後，留下一個緻密的物體—中子星或黑洞。伴星在爆炸中倖存，緻密天體和它的伴星繼續互相繞行，緻密天體定期從伴星的氫氣大氣層中吸取物質。這些物質的增加在研究人員的資料中表現為亮度的定期波動，以及氫氣的週期性運動和伽馬射線的爆發。
這次的研究觀測資料主要利用了歐洲南方天文臺（ESO）的非常大望遠鏡（VLT）和新技術望遠鏡（NTT）進行觀測。隨著黑洞或中子星的存在得到確認，SN 2022jli系統還有很多需要揭示的事情，包括緻密天體的確切性質，以及這個雙星系統可能面臨的結局。期待下一代望遠鏡，如ESO的極大望遠鏡（ELT），將有助於解開這個謎團，讓天文學家揭示這個獨特系統的前所未見的細節。（編譯／段皓元）
資料來源：ESO Press Release
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