一张艺术家描绘的打破纪录的、极具能量的超光度超新星 ASASSN-15lh 的景象，视角约为 10,000 光年外的系外行星。（来源：Wayne Rosing） 研究人员发现了一颗有史以来最亮的超新星，而驱动它的异常天体可能会挑战物理学家对垂死恒星的认知。当大质量恒星死亡时，它们不会安详地熄灭。相反，它们会将大部分质量以名为超新星的强大爆炸形式向外喷射，留下一个发光的尘埃云和前恒星核心的塌缩残骸。2015 年 6 月，南半球天空中出现了一颗超新星，天文学家认为这可能标志着一颗非常不寻常的恒星的死亡。这颗名为 ASASSN-15lh 的超新星在其峰值亮度时，比银河系 1000 亿颗恒星的总亮度还要亮 20 倍，使其成为有史以来观测到的最亮的超新星。事实上，它的亮度是之前纪录保持者的两倍。
驱动超光度超新星的能量
恒星爆炸会释放巨大的能量，但这不足以驱动 ASASSN-15lh 如此明亮的能量。相反，由中国卡夫利研究所的董晓宝领导的一个天文学家团队表示，这颗超光度超新星可能从一种名为磁星的异常天体中获取能量。他们今天在《科学》杂志上发表了他们的发现。当恒星死亡时，它的质量会塌缩到核心。大部分物质会在大约一秒后爆炸飞散，但留下的则是极度致密的中子物质，称为中子星。偶尔，中子星诞生时会拥有比通常更强的磁场——约为地球磁场的 10 万亿倍——天文学家将这些天体称为磁星。天文学家在银河系的超新星遗迹中心发现了磁星，但它们与 ASASSN-15lh 中心快速旋转的磁星截然不同。大多数磁星旋转缓慢，每 1 到 10 秒旋转一次，它们不会向周围的超新星释放太多能量。但董晓宝及其同事认为，ASASSN-15lh 中心处的磁星每秒旋转一千次。这已经接近理论物理学家认为磁星能够旋转的极限速度。
显示 ASASSN-15lh 爆炸前宿主星系的假彩色图像（左）和超新星图像（右），分别由暗能量相机和拉斯坎布雷斯天文台全球望远镜网络 1 米望远镜网络拍摄。（来源：暗能量巡天、B. Shappee 和 ASAS-SN 团队） 这种快速旋转的能量是驱动超新星的引擎。“随着它减速，旋转得越来越慢，它正在散失其旋转能量，”俄亥俄州立大学的合著者 Todd Thompson 解释道。“它以巨大的能量风形式飞出，然后冲击超新星，使它对我们来说异常明亮。” 要产生像 ASASSN-15lh 这样明亮的超新星，几乎所有的磁星能量都必须转化为光。这种效率在技术上是可能的，但非常罕见，并且它挑战了我们所知的磁星工作极限。“你必须拥有一颗快速旋转的磁星，然后将其所有能量提取出来，以驱动我们在此案中看到的东西，”同样来自俄亥俄州立大学的合著者 Kris Stanek 说。该团队表示，这是一种极端情况，正处于物理学家认为磁星可能达到的极限，但他们也表示，这是对 ASASSN-15lh 前所未有的亮度最合理的解释。
一颗不寻常的恒星
产生 ASASSN-15lh 的恒星一定是一颗大质量、蓝色、炽热且快速旋转的恒星。它在死亡前不久一定已经剥离了其外层的氢和氦，因为这些元素在超新星中不存在。世界各地的几台望远镜都研究了超新星的光谱（不同波长光的出现或不存在），这可以告诉物理学家气体云中存在哪些元素。它可能是一种名为沃尔夫-拉叶星的大质量恒星，尽管天文学家还无法确定。“它们是没有任何氢或氦的恒星，其中许多在快速旋转，它们被称为沃尔夫-拉叶星。我想说，它可能与这类恒星有关，因为我们周围确实有这类恒星，而且它们符合我刚才给出的条件：稀有、没有氢或氦、大质量，并且其中一部分在快速旋转。”
一项合作项目
由于 ASASSN-15lh 距离地球 38 亿到 40 亿光年，地球上的观测者看到的是数十亿年前的一次爆炸的“鬼影”，那时地球还在冷却过程中。来自遥远、久远爆炸的光于 2015 年 6 月抵达地球，并首先被位于智利的一对望远镜发现，该望远镜属于全天自动超新星巡天（All-Sky Automated Survey for SuperNovae，简称 ASAS-SN），发音颇具威胁性，如同“assassin”（刺客）。ASASSN-15lh 是 ASAS-SN 在 2015 年发现的 180 颗超新星之一，也是该项目自两年前启动以来发现的 270 颗超新星之一。“这个故事是一个极端事件的例子，我很高兴我们发现了它，”Stanek 说。“人们已经研究超新星几十年了，而我们的项目才两年，然而，在这两年里，我们却能找到这个挑战所有超新星研究者天体。”
全天自动超新星巡天（ASAS-SN）使用的 14 厘米直径镜头望远镜之一，正是它发现了 ASASSN-15lh。自这张照片拍摄以来，又增加了两台望远镜在智利塞罗托洛天文台的 ASAS-SN 站。（来源：北京天文馆 Jin Ma） 对这颗新超新星的研究很快成为一项合作努力，智利和南非的更大望远镜，甚至 NASA 的斯威夫特太空望远镜都加入进来，以确认这一发现并拍摄更高分辨率的图像和光谱。2016 年 2 月，哈勃太空望远镜将拍摄 ASASSN-15lh 的图像，以帮助团队确定超新星距离其星系中心的距离。如果它位于星系核心，天文学家可能需要考虑另一种解释 ASASSN-15lh 亮度的原因，即恒星与超大质量黑洞的相互作用。Stanek 和 Thompson 表示，这是一种不太可能的情况，但值得调查。
观察超新星的衰减
超新星是天文学家称之为瞬变事件的天体；它们会爆炸，然后缓慢地衰减。“最重要的事情将是获取它衰减时的光谱，因为随着它的衰减，它会变得更冷、更大，其光度也会下降，”Thompson 说。“随着它变冷，光度降低，看到它的难度越来越大，但这也意味着你可以更好地穿透它；它变得更加透明。” 这给了天文学家研究超新星内部层而不是仅仅是外部边缘的机会。“通常这些天体离我们更远，因此获取良好数据的难度更大。所以我们正在尽可能地获取好数据，”Stanek 说。Thompson 和 Stanek 希望他们的发现能促使理论物理学家重新评估他们目前对磁星形成的模型，并寻找 ASASSN-15lh 的其他解释。“作为一名从事此类课题的理论家，当极端事件挑战传统观念时，事情就变得有趣了，”Thompson 说。“很多时候，正是那时你才能真正将理论思想和理论模型推向极限。”与此同时，Stanek 表示，ASAS-SN 将继续扫描天空，寻找其他有趣的新天体。“这种尽可能频繁地观测整个天空的方法正在奏效，”他说。
