探索宇宙之谜丨论文发表！发现红超巨星爆发“激波渐变”现象

探索宇宙之谜丨论文发表！发现红超巨星爆发“激波渐变”现象

近日，清华大学王晓锋教授团队与多家国内外科研机构及天文爱好者合作，在距地球约2200万光年的风车星系（M101）中捕捉了大质量恒星死亡后1小时的瞬间。首次记录的彩色影像揭示了一颗约85000倍太阳体积的红超巨星从死亡到爆发，形成超新星SN 2023ixf爆发的全过程。

2023年12月14日0时整，研究成果《从一颗周围充满尘埃的红超巨星爆发出的激波闪光》（A shock flash breaking out of a dusty red supergiant）论文发表于《自然》（Nature）。

清华大学王晓锋教授为本文的通讯作者，清华大学2021级博士生李盖茨为论文的第一作者。中科院紫金山天文台博士后胡茂凯、国家天文台博士后李文雄（物理系2020届博士毕业生）及美国加州大学伯克利分校博士后杨轶为论文共同第一作者。本项目合作团队还包括云南天文台、新疆天文台等研究人员，以及来自星明天文台、挪威、西班牙、俄罗斯和美国等地的天文学家和天文爱好者。该项工作受到国家自然科学基金基础科学中心项目、重点项目、新基石科学基金会科学探索奖以及北京市科学技术研究院北科学者项目等资助。

a：SN 2023ixf极早期光学测光数据
b-d: 由RGB彩色图像抽取出来的单波段测光数据
i-o: 合成的超新星爆炸后1.4小时到5.7小时彩色测光数据，可以看出SN 2023ixf快速地由红到蓝的演化过程

详实的多波段观测清晰地展示了爆发极早期破茧而出的红色激波，逐渐转变为蓝色的奇特现象。这一前所未见的彩色影像，颠覆了传统理论框架下，恒星死亡瞬间伴随蓝色激波突破的预期。研究团队认为，由红转蓝的渐变激波预示了这颗恒星濒死之时，周围包裹着厚厚的尘埃壳。随着激波迅速外传，这些尘埃在短短数小时内被悉数摧毁。对这一过程的半解析描述则表明这颗超新星的爆发，或包裹它的尘埃层，则呈现高度的非球对称。首次揭示了超新星在爆发早期颜色由红转蓝的过程，该研究显著推进了人们对大质量恒星晚期演化和死亡这一宇宙中普遍而神秘景象的认知。

专业-业余的完美合作

上述论文中，SN 2023ixf发现前的数据几乎全部由天文爱好者提供，其中有4份业余数据来自中国。许多人会觉得 对于科学研究来说，天文爱好者所使用的小型设备并没有优势。但事实上，对于科学研究天文爱好者也有自身独特的优势——他们遍布世界各地，可以自由“出摊”，观测点多等。可以为科学家提供丰富的高质量观测数据，完成对同一目标的互补观测。

风车星系（M101是与地球距离较近的大型河外星系之一，亮度足够、视面积较大，是许多天文爱好者拍摄的热门深空天体之一。因此在得到SN 2023ixf爆发的消息后，星明天文台从全国多位爱好者中收集到了丰富的早期数据。在对这些数据进行初步分析后，发布了2023年第130号天文简报（AstroNote 2023-130），将拍摄到SN 2023ixf的时间初步限制在2023年5月19日3时30分至4时30分之间。

AstroNote 2023-130原文（图像来源：TNS）

发现后，正在云南省姚安观测站开展试运行的南极巡天望远镜AST3-3对其开展了快速响应观测。

在姚安观测站开展试观测运行的南极巡天望远镜AST3-3

当晚的多次曝光观测获取到了其快速上升的光变曲线，为限制超新星的星周环境提供了重要的数据。随后的持续监测获取了SN 2023ixf早期相对完整的g-band光变曲线。AST3-3的观测数据作为重要组成部分参与到了清华大学王晓锋教授牵头的对超新星SN 2023ixf极早期激波辐射信号的观测与科学研究中。

AST3-3获得的SN2023ixf光变曲线

南极巡天望远镜AST3-3是AST3系列望远镜的第三台，本台望远镜搭载了科研级QHY411相机。AST3-3最终目标是安装在南极内陆冰穹A地区，开展天文学观测研究。为了充分测试望远镜的观测性能和可靠性，AST3-3望远镜自2021年初起，在紫金山天文台姚安观测站开展无人值守的全自动观测试运行。60秒曝光最佳极限星等20等以上；80张60秒曝光图叠加后极限星等22.5等。