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美國太空總署費米望遠鏡發現磁星是巨大超新星的來源

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

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

美國太空總署的費米伽馬射線望遠鏡發現了可能是第一個被證實的由磁星驅動的超光度超新星的訊號，磁星是一顆具有異常強烈磁場的中子星。這一名為 SN 2017egm 的事件發生在 4.4 億光年之外，代表著在理解宇宙中最極端的爆炸之一方面取得了重大進展。這項發現發表在《天文學與天體物理學》雜誌上，結束了近二十年來在費米數據中尋找伽瑪射線訊號的過程。

由法國國家科學研究中心（CNRS）和巴黎薩克雷大學的法比奧·阿塞羅（Fabio Acero）領導的國際研究小組分析了多年的觀測結果，以證實超新星和磁星之間的聯繫。儘管研究人員在先前的搜尋中報告了先前的線索，但這一發現標誌著首次明確地發現了這種性質。

超光度超新星的爆炸機制

當一顆大質量恆星耗盡維持其核心所需的燃料時，就會發生核心塌縮超新星。如果沒有這種能源，重力會導致核心塌陷並引發劇烈爆炸。根據具體情況，坍縮可能會留下中子星或黑洞，而恆星的其餘部分則作為不斷膨脹的極熱氣體雲被拋入太空。

在過去的 20 年裡，天文學家已經發現了大約 400 個異常強大的例子，稱為超發光超新星。這些罕見的爆炸在可見光下的亮度至少是普通超新星的 10 倍。 2017 年觀測到的 SN 2017egm 在大熊座 NGC 3191 星系中爆發。即使距離地球 4.4 億光年，它仍然是迄今為止觀測到的距離地球最近的超光度超新星之一。

2024年，中國合肥安徽大學李尚領導的研究人員提出，費米廣域望遠鏡可能在初次爆發數年後探測到了該事件中的伽馬射線。這項觀察結果為對設備在整個運作過程中累積的數據進行更深入的分析鋪平了道路。

磁星：極端的宇宙引擎

長期以來，科學家一直在爭論是什麼讓超亮超新星具有非凡的亮度。主要的解釋之一涉及磁星，即具有宇宙中已知最強磁場的中子星。它們的磁場強度比普通中子星強 1000 倍，功率比冰箱磁鐵大約 10 兆倍。

該研究涉及對 SN 2017egm 的可見光和伽馬射線訊號的詳細分析。這些數據與國際合作者開發的不同理論模型進行了比較。愛沙尼亞塔爾圖大學的 Indrek Vorm 和紐約哥倫比亞大學的 Brian Metzger 創建了一個特定模型，研究了來自新形成的磁星的輻射和粒子如何穿過膨脹的超新星碎片。

研究人員認為，新形成的磁星每秒鐘可以旋轉數百次。這種令人難以置信的速度產生了強大的電子和正電子流，它們是電子的反物質版本。這些粒子一起形成了一個巨大的高能量物質雲，稱為磁星風星雲。

伽瑪射線的產生與輻射逃逸過程

在這個星雲內，粒子相互作用可以透過多種方式產生伽瑪射線。電子和正電子可以碰撞並變成伽馬射線光子，而伽馬射線本身可以碰撞並產生新的粒子。隨著這些相互作用的繼續，大部分伽馬射線能量被困在超新星碎片中，並轉化為較低能量的可見光，有助於使爆炸異常明亮。

據阿塞羅稱，塌陷後大約三個月，隨著超新星碎片的膨脹和冷卻，伽馬射線開始洩漏到太空中。磁星模型最好地再現了超新星的光度及其伽馬射線在最初幾個月的到達時間。然而，研究人員看到了後期的改進空間，因為可見光會非常不規則地消失。

結果表明，額外的過程可能在超新星亮度長期下降期間影響了它。這些可能包括物質落向磁星，以及膨脹的衝擊波與恆星爆炸前幾個世紀噴射出的物質之間的碰撞。

未來觀察與國際合作

吉列姆·馬蒂-德維薩（Guillem Martí-Devesa）曾是義大利的里雅斯特大學的研究員，現在是西班牙巴塞隆納空間科學研究所的研究員，他在費米任務的前16年中協調了對觀測到的6顆最近的超光度超新星的伽馬射線搜索。只有 SN 2017egm 顯示出伽馬射線的證據，證實了先前的建議，即某些超新星在伽馬射線中可能像在可見光中一樣發光。

該研究探討了未來的天文台是否能夠探測到類似的事件。研究人員發現，即將建成的切倫科夫望遠鏡陣列天文台應該能夠在大約50小時的觀測時間內，在距離約5億光年的地方發現像SN 2017egm這樣的超新星。