美國國家航空暨太空總署（NASA）的費米伽瑪射線太空望遠鏡，可能終於揭示了某些觀測到最明亮恆星爆炸的能量來源。一個國際研究團隊在分析多年的數據後，發現了強烈證據，表明一種罕見的超明亮超新星是由恆星塌縮過程中形成的一顆極強磁場的中子星所驅動。
費米任務是 NASA 觀測站網絡的一部分，旨在追蹤宇宙中不斷變化的事件，並幫助科學家更深入地了解宇宙現象的運作方式。
研究主要作者 Fabio Acero 表示：「近二十年來，天文學家一直在費米數據中搜尋來自數千次超新星的伽瑪射線訊號，雖然曾有一些引人入勝的線索被報導，但直到現在都沒有確定的結論。」
這項研究結果發表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊上。
罕見超新星發出強烈伽瑪射線
當一顆大質量恆星耗盡支撐其核心所需的燃料時，就會發生核心塌縮超新星。沒有了能量來源，核心會在重力作用下塌縮，並引發劇烈的爆炸。根據條件不同，塌縮可能留下中子星或黑洞。恆星的其餘部分則以膨脹的熾熱氣體雲形式被炸向太空。
在過去二十年中，天文學家已識別出近 400 個異常強大的例子，稱為超明亮超新星。這些罕見的爆炸在可見光下的亮度，可以比普通超新星至少亮 10 倍。
2024 年，由中國合肥安徽大學的李尚領導的研究人員提出，費米號的廣域伽瑪射線望遠鏡（LAT）可能在爆炸發生多年後，偵測到其中一次事件的伽瑪射線。
這個名為 SN 2017egm 的天體，爆發於 NGC 3191 星系，距離地球約 4.4 億光年，位於大熊座。即使距離如此遙遠，它仍然是從地球觀測到的最接近的超明亮超新星之一。
先前曾在義大利的第里雅斯特大學任職、現為西班牙巴塞隆納太空科學研究所研究員的 Guillem Martí-Devesa 表示：「我們搜尋了費米任務前 16 年觀測到的六顆最近的超明亮超新星的伽瑪射線。只有 SN 2017egm 顯示出伽瑪射線的證據，證實了先前關於某些超新星在伽瑪射線和可見光下亮度相當的線索。這為研究這些迷人的事件開啟了一個新窗口。」
科學家們長期以來一直在爭論是什麼賦予了超明亮超新星非凡的亮度。其中一個主要的解釋涉及磁星，它們是已知宇宙中磁場最強的中子星。它們的磁場強度可達普通中子星的 1000 倍，約為冰箱磁鐵的 10 兆倍。
為了進一步調查，研究團隊仔細檢查了 SN 2017egm 的可見光和伽瑪射線訊號，並將觀測結果與不同的理論模型進行了比較。
由愛沙尼亞塔爾圖大學的 Indrek Vurm 和紐約哥倫比亞大學的 Brian Metzger 共同撰寫的模型，模擬了一顆新形成的磁星所發出的輻射和粒子如何穿過膨脹的超新星殘骸。
研究人員認為，新形成的磁星每秒可以旋轉數百次。這種驚人的速度會產生強大的電子和正電子流，正電子是電子的反物質版本。這些粒子共同形成一個稱為磁星風星雲的高能物質雲。
在這個星雲內部，粒子相互作用可以通過多種方式產生伽瑪射線。電子和正電子可以碰撞並轉化為伽瑪射線光子，而伽瑪射線本身也可以碰撞並產生新的粒子。隨著這些相互作用的持續，大部分伽瑪射線能量會被困在超新星殘骸內部，並轉化為較低能量的可見光，這有助於使爆炸異常明亮。
Acero 表示：「塌縮約三個月後，隨著超新星殘骸膨脹和冷卻，伽瑪射線開始洩漏出來。這個磁星模型最能重現超新星的亮度及其在最初幾個月的伽瑪射線到達時間，但在後期，當可見光衰減得相當不規則時，我們看到仍有改進的空間。」
研究人員建議，額外的過程可能影響了超新星在其亮度長期衰減的過程中。這些過程可能包括物質回落到磁星，以及膨脹的衝擊波與恆星在爆炸前數百年前噴發的物質之間的碰撞。
該團隊還探討了未來的觀測設備是否能夠偵測到類似事件。他們發現，即將啟用的切倫科夫望遠鏡陣列天文台（Cerenkov Telescope Array Observatory）將有能力在約 5 億光年內的距離，透過大約 50 小時的觀測時間，偵測到類似 SN 2017egm 的超新星。
科學家表示，未來地面觀測站與 NASA 太空望遠鏡之間的合作，將有助於更深入地揭示這些劇烈的恆星爆炸及其內部隱藏的極端天體。
NASA 馬里蘭州戈達德太空飛行中心費米任務副專案科學家 Judy Racusin 表示：「本文討論的磁星中央引擎機制，建立在過去 20 年來在磁星領域的許多觀測和理論進展之上。觀測超新星的伽瑪射線將為我們提供一種探索其內部工作原理的新方法。」
