摘要：一项发表在《自然》杂志上的突破性研究首次观测到恒星在超新星爆炸前被剥离至极端程度的明确证据。这一发现不仅挑战了天文学家对恒星死亡过程的传统认知，更为理解宇宙中重元素的形成机制提供了全新视角。

信息来源：https://physicsworld.com/a/extremely-stripped-star-reveals-heavy-elements-as-it-explodes/

一项发表在《自然》杂志上的突破性研究首次观测到恒星在超新星爆炸前被剥离至极端程度的明确证据。这一发现不仅挑战了天文学家对恒星死亡过程的传统认知，更为理解宇宙中重元素的形成机制提供了全新视角。

西北大学的史蒂夫·舒尔茨领导的国际研究团队通过分析超新星SN 2021yfj的光谱数据，首次在爆炸现场直接探测到硅、硫和氩等通常深藏在恒星内部的重元素。这些元素的出现表明，这颗恒星在生命终结前已经脱落了大部分外层物质，将其内核几乎完全暴露。

恒星死亡的极端案例

剥离恒星艺术家对爆炸形成SN 2021yfj的恒星的印象。图中展示了最终爆炸前硅（灰色）、硫（黄色）和氩（紫色）的喷出过程。（图片来源：WM Keck天文台/Adam Makarenko）

传统理论认为，大质量恒星的结构如同洋葱般分层，氢构成的外壳包裹着由氦、碳、氧等依次递增重量元素组成的内层。在恒星演化的最后阶段，硅、硫、氩等较重元素会在核心附近通过核聚变产生，随后形成铁核。当铁核形成后，由于铁聚变不再释放能量而是消耗能量，恒星失去抵抗重力坍缩的能力，最终发生超新星爆炸。

然而，SN 2021yfj的观测结果颠覆了这一认知。这颗超新星的光谱显示出异常强烈的硅、硫、氩吸收线，这些元素本应被厚重的外层物质掩盖。舒尔茨解释说："我们探测到一颗超新星嵌入在富含硅、硫和氩的物质壳层中。这些元素仅在恒星死亡前不久形成，并且通常隐藏在其他物质之下。"

这一发现意味着这颗恒星在爆炸前经历了前所未有的物质剥离过程。与以往观测到的其他剥离恒星不同，SN 2021yfj的前身星几乎完全失去了外层，将通常深埋的核心区域暴露出来。

意外发现的科学价值

这项发现源于2021年9月7日的一次常规巡天观测。当时，以色列魏茨曼科学研究所的阿维沙伊·加尔-亚姆领导的兹维基瞬变设施项目正在搜寻新生超新星的早期信号。舒尔茨回忆道："我们发现了SN 2021yfj，因为它的亮度迅速增加。我们立即联系了加州大学伯克利分校的团队，获得了这颗超新星的光谱。"

初期的光谱分析让研究团队感到困惑。舒尔茨说："我们最初并不知道光谱中的大部分特征是由硅、硫和氩产生的。"经过详细分析，加尔-亚姆成功识别了这些神秘的光谱特征，确认它们来自恒星内部的重元素。

为了验证这一发现，研究团队整合了多台地面和空间望远镜的同步观测数据。所有观测结果都指向同一个结论：这颗恒星在爆炸前确实经历了极端的物质剥离。

这一发现的科学意义不仅在于证实了极度剥离恒星的存在，更在于为天文学家提供了研究恒星内部结构和核合成过程的新工具。通过分析这些通常不可见的深层元素，科学家能够更好地理解恒星演化的最后阶段。

恒星演化理论的新挑战

SN 2021yfj的发现对现有的恒星演化理论提出了重要挑战。长期以来，天文学家认为只有在特定条件下，如双星系统中的物质转移或强烈恒星风的作用下，恒星才会失去外层物质。但这颗超新星显示出的剥离程度远超理论预期。

这种极端剥离可能由多种机制造成。在双星系统中，伴星的引力可能撕扯走大质量恒星的外层；恒星自身的强烈辐射压也可能驱动物质流失；或者在恒星演化的某个阶段，内部不稳定导致大量物质被抛射。

研究团队的发现表明，恒星死亡的方式比此前认知的更加多样化和极端。舒尔茨指出："SN 2021yfj表明恒星的死亡方式远比我们之前想象的要极端得多。这表明，尽管我们已经研究了数十亿颗恒星，但我们对恒星演化和死亡方式的理解仍然不完整。"

宇宙化学演化的新线索

这一发现还为理解宇宙中重元素的产生和分布提供了新的视角。重元素是生命存在的基础，地球上除了氢和氦之外的所有元素都来自恒星内部的核合成过程和超新星爆炸。

传统上，天文学家主要通过超新星爆炸后的光谱分析来推断重元素的产生。但SN 2021yfj提供了一个独特的机会，让科学家能够直接观察到恒星核心区域的重元素在爆炸前的状态。这种观测对于理解不同类型超新星在宇宙化学演化中的作用具有重要意义。

更重要的是，这种极度剥离的恒星可能代表了一类此前被低估的重元素生产者。如果这类恒星在宇宙中比预期的更常见，它们可能对早期宇宙的重元素富集产生了重要影响。

研究团队希望这一发现能够激励更多类似观测的开展。随着下一代望远镜如韦布空间望远镜和地面极大望远镜的投入使用，天文学家将能够探测到更多这类极端天体，进一步完善对恒星演化和宇宙化学演化的理解。

这项研究不仅展示了现代天文观测技术的强大能力，也提醒科学界，即使在已经深入研究数十年的恒星物理学领域，仍然存在着许多未知和意外等待发现。SN 2021yfj的发现再次证明，宇宙总是比我们想象的更加复杂和精彩。

来源：人工智能学家