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美国宇航局费米望远镜发现磁星是巨大超新星的来源

作者 Beatriz • 2026年5月27日 • 1 min de leitura

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照片: Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi - Reprodução/Nasa

美国宇航局的费米伽马射线望远镜发现了可能是第一个被证实的由磁星驱动的超光度超新星的信号，磁星是一颗具有异常强烈磁场的中子星。这一名为 SN 2017egm 的事件发生在 4.4 亿光年之外，代表着在理解宇宙中最极端的爆炸之一方面取得了重大进展。这一发现发表在《天文学与天体物理学》杂志上，结束了近二十年来在费米数据中寻找伽马射线信号的过程。

由法国国家科学研究中心（CNRS）和巴黎萨克雷大学的法比奥·阿塞罗（Fabio Acero）领导的国际研究小组分析了多年的观测结果，以证实超新星和磁星之间的联系。尽管研究人员在之前的搜索中报告了之前的线索，但这一发现标志着首次明确地发现了这种性质。

超光度超新星的爆炸机制

当一颗大质量恒星耗尽维持其核心所需的燃料时，就会发生核心塌缩超新星。如果没有这种能源，重力会导致核心塌陷并引发剧烈爆炸。根据具体情况，坍缩可能会留下中子星或黑洞，而恒星的其余部分则作为不断膨胀的极热气体云被抛入太空。

在过去的 20 年里，天文学家已经发现了大约 400 个异常强大的例子，称为超发光超新星。这些罕见的爆炸在可见光下的亮度至少是普通超新星的 10 倍。 2017 年观测到的 SN 2017egm 在大熊座 NGC 3191 星系中爆发。即使距离地球 4.4 亿光年，它仍然是迄今为止观测到的距离地球最近的超光度超新星之一。

2024年，中国合肥安徽大学李尚领导的研究人员提出，费米广域望远镜可能在初次爆发数年后探测到了该事件中的伽马射线。这一观察结果为对设备在整个运行过程中积累的数据进行更深入的分析铺平了道路。

磁星：极端的宇宙引擎

长期以来，科学家们一直在争论是什么让超亮超新星具有非凡的亮度。主要的解释之一涉及磁星，即具有宇宙中已知最强磁场的中子星。它们的磁场强度比普通中子星强 1000 倍，功率比冰箱磁铁大约 10 万亿倍。

该研究涉及对 SN 2017egm 的可见光和伽马射线信号的详细分析。这些数据与国际合作者开发的不同理论模型进行了比较。爱沙尼亚塔尔图大学的 Indrek Vorm 和纽约哥伦比亚大学的 Brian Metzger 创建了一个特定模型，研究了来自新形成的磁星的辐射和粒子如何穿过膨胀的超新星碎片。

研究人员认为，新形成的磁星每秒可以旋转数百次。这种令人难以置信的速度产生了强大的电子和正电子流，它们是电子的反物质版本。这些粒子一起形成了一个巨大的高能物质云，称为磁星风星云。

伽马射线的产生和辐射逃逸过程

在这个星云内，粒子相互作用可以通过多种方式产生伽马射线。电子和正电子可以碰撞并变成伽马射线光子，而伽马射线本身可以碰撞并产生新的粒子。随着这些相互作用的继续，大部分伽马射线能量被困在超新星碎片中，并转化为较低能量的可见光，有助于使爆炸异常明亮。

据阿塞罗称，塌陷后大约三个月，随着超新星碎片的膨胀和冷却，伽马射线开始泄漏到太空中。磁星模型最好地再现了超新星的光度及其伽马射线在最初几个月的到达时间。然而，研究人员看到了后期的改进空间，因为可见光会非常不规则地消失。

结果表明，额外的过程可能在超新星亮度长期下降期间影响了它。这些可能包括物质落向磁星，以及膨胀的冲击波与恒星爆炸前几个世纪喷射出的物质之间的碰撞。

未来观察和国际合作

吉列姆·马蒂-德维萨（Guillem Martí-Devesa）曾是意大利的里雅斯特大学的研究员，现在是西班牙巴塞罗那空间科学研究所的研究员，他在费米任务的前16年中协调了对观测到的6颗最近的超光度超新星的伽马射线搜索。只有 SN 2017egm 显示出伽马射线的证据，证实了之前的建议，即某些超新星在伽马射线中可能像在可见光中一样发光。

该研究探讨了未来的天文台是否能够探测到类似的事件。研究人员发现，即将建成的切伦科夫望远镜阵列天文台应该能够在大约50小时的观测时间内，在距离约5亿光年的地方发现像SN 2017egm这样的超新星。