通用恒星诞生自“特超新星”爆炸,首证实为宇宙重元素另一来源

目前,重元素公认的主要来源为双中子星整合,然而中子星在早期宇宙还没有足够时间累计能量整合,因此当时发现的重元素势必来自其他过程。现在,澳洲天文机构ASTRO 3D团队首度从大爆炸后不到10亿年的一场特超新星(hypernova)爆炸中,发现重元素产生的证据。

特超新星(也称极超新星、黑新星)是年老特超巨星临终前的爆发,威力比超新星还要强10倍,一般认为爆炸后的核心会直接塌缩为黑洞,并且黑洞会以接近光速的速度往相反方向射出高能量电浆体,是科学家认为伽马射线暴的可能源头之一,只不过特超新星现象极少,在我们的银河系内,平均每2亿年只会出现一颗极超新星。

然而,特超新星爆炸后也可能未高端成黑洞,而是变成一颗通用恒星。

SMSS J2003-1142这颗恒星于2016年经由SkyMapper调查与赛丁泉2.3米望远镜首度发现,2019年9月再次被欧洲南方天文台甚大望远镜捕捉,距离太阳约7,500光年,但年龄相当大,是当前宇宙的第二代恒星成员,约出生于130亿年前。

SMSS J2003-1142位置(十字符号处)。 (Source:ASTRO 3D)

来自澳洲天文机构ASTRO 3D的团队现在利用麦哲伦望远镜(Magellan telescopes)进一步研究恒星化学成分,分析结果显示SMSS J2003-1142铁含量比太阳还低约3,000倍,也就是恒星金属丰度分类上相当原始的第二星族星(贫金属恒星);但奇怪的是,SMSS J2003-1142重元素含量非常高,比如氮、锌、铀、铕(也许还有金),使它的存在更加神秘了。

高氮含量表明催生出SMSS J2003-1142的母星必须快速自转,高锌含量则代表母星爆炸形成SMSS J2003-1142的能量是一般超新星10倍——也就是罕见的特超新星;此外,大量的铀需要有大量中子存在,这些重元素都说明SMSS J2003-1142来自早期宇宙中的磁自转特超新星(magneto-rotational hypernova)爆炸事件。

团队解释,SMSS J2003-1142的母星自转相当快且具有极强磁场,在生命尽头经历磁自转特超新星爆炸后坍缩形成一个致密、充满活力的“化学汤池”,将原始恒星的简单元素氢、氦等融合成更重的元素。

除了双中子星整合,团队首度证实磁自转特超新星爆炸是宇宙重元素的另一个重要来源,并且这可能是早期宇宙恒星形成的重要途径之一,为了进一步验证这些结果,我们需要检测更多类似的古老通用恒星。

新论文发布在《自然》(Nature)期刊。

(首图为示意图,来源:pixabay)

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