超新星是恒星在生命終點的劇烈爆發(fā)現(xiàn)象。近兩千年前,，中國天文學家在《后漢書》中記載了人類史上最早的超新星爆發(fā),。這顆現(xiàn)稱為SN185的超新星被天文學家劃歸為Ia型。自那以來,，人類記錄了上萬顆超新星爆發(fā),，其中最常見的類別就是Ia型。而2015年夏天發(fā)現(xiàn)的一顆超新星震驚了天文界——其爆發(fā)強度超過了Ia型超新星約兩百倍,，是目前記錄保持者的兩倍以上,。

　　這顆名為ASASSN-15lh的極亮超新星是由中國科學院“宇宙結(jié)構(gòu)起源”戰(zhàn)略先導專項核心成員、北京大學科維理天文與天體物理研究所“青年千人”研究員東蘇勃領(lǐng)導的國際團隊發(fā)現(xiàn)的,。這一最新研究成果以東蘇勃為第一及通訊作者身份發(fā)表在2016年1月15日出版的《科學》(Science)雜志上,。據(jù)《科學》文章報道，ASASSN-15lh距離地球38億光年,，屬于罕見的“極亮型超新星”家族中的一員,。它的發(fā)現(xiàn)有望為天文學家揭開極亮型超新星的爆發(fā)之謎提供重要線索。

圖1：史上最強超新星爆發(fā)ASASSN-15lh的想像圖,。該圖示意了從超新星宿主星系中一顆距離ASASSN-15lh約1萬光年的行星上觀看ASASSN-15lh爆發(fā)的情景,。（圖片制作人：馬勁（北京天文館））

　　中國科學院國家天文臺領(lǐng)銜的這項戰(zhàn)略先導專項，打造了國內(nèi)外先進望遠鏡綜合觀測網(wǎng)絡,，著力培育包括時域天文學在內(nèi)的多個科學前沿領(lǐng)域的發(fā)展和突破。此項極端超新星的發(fā)現(xiàn),，也是我國科學家在時域天文學領(lǐng)域摘取的一項碩果,。

　　ASASSN-15lh達到的最高光度比太陽要強5700億倍，是整個銀河系千億顆恒星總光度的20倍左右,。東蘇勃稱：“ASASSN-15lh是迄今為止人類記錄到的最強的超新星爆發(fā),。由于它輻射的能量太高，目前的超新星理論難以對它的爆發(fā)機制和能量來源給予令人滿意的解釋,?！?/p>

　　ASASSN-15lh是在2015年6月份由兩架14厘米口徑的望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。這兩架望遠鏡位于智利安第斯山脈托洛洛山頂,，屬于“全天自動超新星搜索項目”(ASAS-SN,，網(wǎng)址：http://www.astronomy./~assassin/index.shtml)的一個節(jié)點。這是一個由美國俄亥俄州立大學牽頭,、包括東蘇勃在內(nèi)的國際合作項目,。該項目的小望遠鏡陣持續(xù)不斷地對整個夜空拍照，旨在搜尋突然變亮的,、主要包括超新星的“暫現(xiàn)天體”,。俄亥俄州立大學教授、項目的首席科學家之一克里斯托弗·斯坦尼克說：“ASAS-SN是歷史上首個持續(xù)不斷地監(jiān)測整個天空從而搜尋光學暫現(xiàn)天體的項目?？茖W上,，每打開一扇新的觀測宇宙的窗口，就會有激動人心的新奇發(fā)現(xiàn),。而做出新發(fā)現(xiàn)的機遇總是留給有準備的人,。”

　　在ASASSN-15h發(fā)現(xiàn)當天,，東蘇勃和其合作者立即將有關(guān)訊息公開給全球的超新星研究者,，以便人們能夠更快地、更好地進行觀測,。ASASSN-15lh引起了天文學家們的強烈興趣,，世界上諸多大型望遠鏡和美國NASA的“雨燕”太空望遠鏡馬上開始了后續(xù)觀測。時至今日,，研究者們還在從光學到X射線到射電等諸多波段觀測這顆超新星,。

圖2：“全天自動超新星搜索項目”(ASAS-SN)位于智利安第斯山脈托洛洛山頂節(jié)點的兩架14厘米口徑的望遠鏡。天文學家們用它們發(fā)現(xiàn)了極亮超新星ASASSN-15lh,。（圖片來源：維恩·洛京）

　　2015年6月21日,，東蘇勃在美國卡內(nèi)基天文臺的合作者利用位于智利的2.5米杜邦望遠鏡拍攝到了ASASSN-15lh的第一條譜線。天文學家們用譜線來認證超新星拋射物中的化學組分和物理狀態(tài),，從而為超新星歸類并研究其爆發(fā)的物理過程,。然而，ASASSN-15lh的譜線遠異于ASAS-SN已發(fā)現(xiàn)的200多顆超新星,，ASAS-SN團隊的天文學家們起初感到非常困惑,。

　　在與同事何塞·普利艾特教授（智利迪亞哥伯達里斯大學）和斯坦尼克教授討論后，東蘇勃突然意識到ASASSN-15lh可能屬于極亮型超新星,。根據(jù)他的推測,，若ASASSN-15lh距離我們38億光年遠，那么它最突出的譜線特征與2010年發(fā)現(xiàn)的一顆極亮超新星的光譜極為匹配,。如果這個推斷是正確的,，就應該可以在特定波長上看到超新星光線穿過宿主星系中氣體產(chǎn)生的吸收譜線。而預期中的特征吸收譜線波長較短,，需要利用覆蓋足夠藍端光譜的儀器才能觀測到,。在接下來的幾天，東蘇勃和同事們聯(lián)系到了三架可拍攝藍端光譜的望遠鏡,，可惜數(shù)次觀測都由于天氣原因和儀器故障功虧一簣,。十天之后，10米口徑的“南非巨型望遠鏡”(SALT)終于成功地拍攝到了所需光譜,，東蘇勃的推斷被證實了,。

　　2015年7月1日北京時間凌晨兩點,，東蘇勃收到了南非望遠鏡的觀測信息。他說：“當看到南非望遠鏡拍攝的光譜并意識到我們發(fā)現(xiàn)了史上最強的超新星爆發(fā),，我興奮得徹夜難眠,。”

　　后續(xù)的觀測進一步印證了ASASSN-15lh的特性與以往發(fā)現(xiàn)的所謂的貧氫極亮型超新星（也稱“I型極亮超新星”）有諸多關(guān)鍵的共同之處,。這些劇烈的爆發(fā)產(chǎn)生的拋射物中探測不到宇宙中最為豐富的氫元素的跡象,。然而，除了其爆發(fā)強度鶴立雞群之外,，ASASSN-15lh的溫度也遠高于其它I型極亮超新星,。另外，以往發(fā)現(xiàn)的I型極亮超新星多在黯淡的矮星系中,，但ASASSN-15lh的宿主星系比銀河系還要亮數(shù)倍,。隨著超新星逐漸變暗，后續(xù)觀測將可以更好地研究宿主星系,，這對理解貧氫極亮型超新星的爆發(fā)環(huán)境有重要意義,。包括北京大學天文系博士研究生陳平在內(nèi)的東蘇勃團隊將利用哈勃空間望遠鏡等強大的天文儀器對該超新星和其宿主星系做進一步的縱深分析和研究。

圖3:超新星爆發(fā)前（左）和爆發(fā)后（右）的偽彩色圖像,。左圖是4米望遠鏡上的暗能量相機拍攝,。右圖是1米LCOGT望遠鏡網(wǎng)絡拍攝。東蘇勃從中科院國家天文臺戰(zhàn)略先導項目部署的國際1米LCOGT望遠鏡網(wǎng)絡資源獲取了觀測時間,。（左圖由暗能量巡天項目提供,。右圖由本杰明·夏皮和ASAS-SN團隊制作。）

圖4：ASASSN-15lh光度隨時間變化的曲線與其它超新星的比較,。在其峰值,，ASASSN-15lh比常見的Ia型超新星強200倍，也比前I型極亮超新星爆發(fā)強度記錄保持者iPTF13ajg亮數(shù)倍,。（圖片由ASAS-SN團隊制作。）

　　解釋極亮超新星能源機制最為流行的理論之一是磁星模型,。在這個模型中,，恒星爆發(fā)后會在中心遺留一顆有著極強磁場并快速自轉(zhuǎn)的脈沖星，這顆磁脈沖星的劇烈磁化星風可將爆炸拋射物加熱到高溫從而產(chǎn)生輻射,。然而,，自發(fā)現(xiàn)后的僅四個月時間里，ASASSN-15lh輻射的總能量相當于太陽以現(xiàn)在的強度照耀900億年,；如此之高的能量剛好超過了快速自轉(zhuǎn)中子星所允許的上限,。另一種可能解釋是，ASASSN-15lh的輻射是由極高質(zhì)量恒星爆發(fā)產(chǎn)生的數(shù)十倍太陽質(zhì)量的放射性元素衰變導致的,，然而這大大超過超新星爆發(fā)理論給出的可能值,。

　　南京大學教授戴子高說：“該超新星的峰值光度太高了,，以致于流行的磁星供能模型被推到極限”。他和他的學生將在美國的《天體物理學雜志》（Astrophysical Journal）上發(fā)表的文章（arXiv:1508:07745）分析ASASSN-15lh后發(fā)現(xiàn)：觀測要求該超新星的中心引擎必須是轉(zhuǎn)動周期極短的脈沖星,；如果這顆脈沖星是新誕生的中子星,，那么“羅斯貝波”（即頻率約為自轉(zhuǎn)頻率的大尺度震蕩）將在中子星內(nèi)部變得不穩(wěn)定，其振幅會越來越大,，并通過引力波輻射帶走脈沖星的轉(zhuǎn)動能,，因而該脈沖星不可能給超新星提供足夠的能量；一個自然的候選體是奇異夸克星（一類完全由上夸克,、下夸克和奇異夸克組成的致密天體）,，這是因為夸克星內(nèi)部的非輕子弱作用會極大地阻尼了“羅斯貝波”的震動能，所以奇異夸克星將大大抑制“羅斯貝波”引起的不穩(wěn)定性,。因此,，戴子高等指出該超新星很可能是奇異夸克星誕生的信號。這對于將來觀測上證認奇異夸克星有非常重要的意義,。

來源：國家天文臺