北京
一顆恒星死亡時，核心坍縮成直徑僅20公里的致密天體，磁場強度飆升至普通中子星的千倍——這就是磁星誕生的場景。NASA費米伽馬射線空間望遠鏡最近記錄到了這一過程，為困擾天文學家近二十年的超亮超新星能量來源之謎提供了關鍵證據。
這次觀測的對象是編號SN 2017egm的超新星，位于NGC 3191星系，距離地球約4.4億光年。爆發產生的伽馬射線歷經4.4億年抵達地球，成為人類觀測到的距離最近的核心坍縮型超新星之一。巴黎薩克雷大學研究團隊負責人法比奧·阿塞羅表示，天文學家近20年來一直在費米望遠鏡的數據中搜尋超新星的伽馬射線信號，"此前雖發現過一些可疑線索，但始終沒有確鑿證據，如今這一局面終于被打破"。
核心坍縮型超新星的形成機制極為極端。當質量遠大于太陽的恒星耗盡燃料，其核心在引力作用下急劇收縮，質量相當于太陽1至2倍的核心被壓縮至半徑約20公里，形成中子星。這種壓縮帶來兩個后果：密度達到一茶匙物質重達千萬噸（相當于350座自由女神像），同時自轉速度飆升至每秒最高700次。恒星坍縮過程中，磁場線被擠壓收攏，磁場強度大幅增強，最終形成磁星——目前已知宇宙中磁場最強的天體。
過去數十年，天文學家已觀測到約400次核心坍縮型超新星爆發。其中部分被歸為超亮超新星，其可見光亮度是普通核心坍縮型超新星的十倍以上。2024年，費米望遠鏡首次探測到SN 2017egm釋放的伽馬射線，證實了此前的推測：部分超新星在伽馬射線波段的亮度能與可見光波段持平。
西班牙巴塞羅那空間科學研究所的吉列姆·馬蒂-德韋薩參與了這項研究。團隊梳理了費米望遠鏡升空前16年的觀測數據，重點排查六顆距離最近的超亮超新星，"結果只有SN 2017egm明確顯現出伽馬射線信號"。這一發現為研究這類奇特宇宙現象開辟了全新方向。
研究團隊將觀測數據與磁星理論模型進行比對。該模型模擬了新生磁星釋放光線和粒子的過程，特別關注粒子與超新星拋射的外層物質殼層之間的相互作用。關鍵角色是一片由電子、正電子構成的粒子云——科學家稱之為磁星風星云，由高速自轉的新生磁星拋射而出。
磁星風星云是連接伽馬射線與可見光的橋梁。當物質粒子與反物質粒子相遇湮滅，釋放出伽馬射線；這些伽馬射線撞擊超新星殘骸外層殼層后，轉化為能量更低的可見光。這解釋了超亮超新星為何擁有極強的可見光亮度。阿塞羅指出，恒星核心坍縮約三個月后，隨著殘骸膨脹降溫，伽馬射線開始向外擴散，"這套磁星模型能夠很好地還原爆發初期數月內的亮度變化以及伽馬射線的抵達時間"。
但模型并非完美。觀測顯示，超新星可見光在后期出現無規律衰減，現有理論尚無法完全解釋。阿塞羅團隊提出了一種猜想：恒星發生超新星爆發的數百年前，可能已向外拋射大量物質，這些物質后來回落至磁星表面，或許是造成亮度異常衰減的原因。
未來觀測設備的升級將帶來更多突破。團隊評估了切倫科夫望遠鏡陣列的性能——這一新一代地面伽馬射線觀測站分別坐落于帕瑞納天文臺和西班牙拉帕爾馬島。測算顯示，累計觀測50小時，該設備能夠探測到距離地球約5億光年范圍內的同類宇宙爆發。
美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的朱迪·拉庫辛認為，這項研究提出的磁星中心能量機制，依托了過去二十年間人類在磁星觀測與理論研究上的諸多進展，"而探測超新星的伽馬射線，將為我們探索其內部運作機制提供全新手段"。
該研究成果已于5月20日發表在《天文學與天體物理學》期刊上。
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