河南省科学院参与发表《Nature》文章，揭示恒星死亡之谜

河南日报社全媒体记者 师喆

日前，天文学家首次探测到由白矮星核爆炸引发的Ia型超新星发出的射电波信号，这为人类理解白矮星的爆炸机制提供了重要线索。记者从河南省科学院获悉，此项研究工作由包括斯德哥尔摩大学和省科学院在内的31家研究机构组成的国际团队合作完成，省科学院引力波天文台（筹）杨圣研究员参与其中，相关成果已发表在2023年5月17日的《Nature》（《自然》）杂志上。

天气晴朗的晚上，当我们仰望星空，会看到夜幕中镶嵌着无数的光点，这其中绝大多数都是恒星，我们的太阳也是恒星家族的一员。恒星主要是由氢、氦和以及一些微量的重元素组成，这些元素主要以气体的形式存在，它们被恒星自身引力所束缚，通过自转而逐渐形成一个巨型的气体球。

不同于月亮的光反射自太阳，恒星主要通过内部核反应产生光和热，如氢核聚变成氦。这个过程释放出大量的原子能，形成的辐射压可以抵抗恒星自身收缩的引力，从而使恒星达到一个相对稳定的状态。恒星的核聚变主要在中心部分发生，随着核反应的进行，恒星中心逐渐形成一个氦核，同时外层覆盖大量未燃烧的氢。

然而恒星内部的核燃料是有限的，当这些燃料被燃烧殆尽，恒星自身的引力会逐渐占据主导并最终将其压垮。在此之后，恒星的内核会收缩、而外壳会膨胀，恒星在迅速膨胀中变为红巨星。而由于失去核辐射的平衡，引力让恒星内核塌缩，其中的原子会被压碎，释放的电子气通过产生简并压力逐步与引力重新达到平衡，从而形成一个稳定的恒星爆炸残骸。这些被天文学家称为白矮星的残骸是一颗颗由重元素（如碳）组成的高密度固体球。

如电影《流浪地球》就曾经预言：太阳正在急速老化，持续膨胀，一百年后，太阳会膨胀到吞没整个地球，三百年后，太阳系将不复存在。为了让更多的人活下去，人类决定将整个地球推离太阳系，飞向4.2光年的新家园。显然，此时的太阳已经变成了一颗红巨星，在不断膨胀，而太阳的最终命运会变成一颗白矮星。

白矮星的内部核反应已经停止，它们会一直沉寂下去，逐渐成为天空中的一颗颗“钻石”。然而宇宙中绝大多数的恒星都是以双星的形式存在，白矮星由于非常致密，它们很容易通过引力从其伴星获取物质。当白矮星“吃”的足够多，引力与电子简并压的平衡会被打破，引力会再次占据上风，继续压缩白矮星直至其原子核被压碎，重新引发核反应。这个过程产生的剧烈爆炸被称为Ia型超新星爆发。

虽然天文学家已经确定Ia型超新星爆炸是由白矮星从伴星中吸积物质导致的，但其伴星是普通恒星还是同样为白矮星至今仍尚无定论。当白矮星的伴星为普通恒星时，白矮星剥夺的物质不会全部掉落到白矮星上——其中一部分会形成围绕双星系统的星周物质云。当白矮星在星周物质云中爆炸时，其爆炸产生的冲击波会激发星周的原子，导致它们发出强烈的射电信号。而如果白矮星的伴星也是白矮星，则不会通过该机制产生射电辐射信号，因此，能否监测到Ia型超新星的射电信号是判断其伴星成分的重要依据。

迄今为止，天文学家尚未探测到Ia型超新星的射电辐射信号。本研究项目对Ia型超新星SN 2020eyj进行了详细观测，在其光谱上发现了氦的发射线，并成功检测到了超新星发出的射电信号，这证明这颗超新星周围存在由氦组成的星周物质云，证实了该超新星产生于一颗白矮星吸积普通恒星物质而产生的爆炸。这是人类历史上首次发现Ia型超新星的射电信号，这必将加深我们对白矮星爆炸机制的理解，同时为未来对大量Ia型超新星进行实时射电观测提供了案例。