2023年5月21日，在超新星2023ixf的光到達地球四天後，風車星係，或稱梅西耶101。鳴謝:uux.cn/史蒂文·貝拉維亞
（神秘的地球uux.cn）據加州大學伯克利分校（羅伯特·桑德斯）：亞曆克斯·菲利彭科是那種會帶著望遠鏡去派對的人。一如既往，在今年5月18日的一場晚會上，他用星團和彩色星係的圖像——包括引人注目的螺旋風車星係——讓主人驚歎不已，並拍下了每一張望遠鏡照片。
直到第二天下午晚些時候，他才得知在風車星係剛剛發現了一顆明亮的超新星。你瞧，他也在前一天晚上11點捕捉到了它——在5月19日日本業餘天文學家板垣幸一發現爆炸前11個半小時。
幾個小時後，加州大學伯克利分校的天文學教授菲利彭科、研究生謝爾蓋·瓦西裏耶夫和博士後楊熠在漢密爾頓山的加州大學利克天文台推出了他們計劃的觀測結果，以專注於這顆爆炸的恒星，這顆恒星被命名為SN 2023ixf。他們和其他數百名天文學家渴望觀察自2014年以來距離地球僅2100萬光年的最近的超新星。
這些觀測是有史以來對超新星偏振光的最早測量，更清楚地顯示了恒星爆炸的演變形狀。來自遙遠光源(如超新星)的光的偏振提供了關於發光物體幾何形狀的最佳信息，即使對於無法空間分辨的事件也是如此。
“一些恒星在爆炸前會經曆波動——間歇性的行為會溫和地噴射出一些物質——因此當超新星爆炸時，衝擊波或紫外線輻射會導致物質發光，”Filippenko說。“光譜偏振測定法最酷的一點是，我們得到了星周物質形狀和範圍的一些指示。”
光譜偏振數據講述了一個故事，與當前關於一顆比我們的太陽大10至20倍的紅色超巨星最後幾年的場景一致:爆炸的能量照亮了恒星在過去幾年中釋放的氣體雲；然後噴出物穿過這種氣體，最初垂直於星周物質的主體；最後，噴出物吞沒了周圍的氣體，演變成快速膨脹但對稱的碎片雲。
爆炸是一種II型超新星，由一顆大質量恒星的鐵芯坍塌產生，可能留下了一顆致密的中子星或黑洞。這種超新星被用作可校準的蠟燭來測量到遙遠星係的距離和繪製宇宙地圖。
由加州大學伯克利分校天文學副教授Ryan Chornock領導的另一組天文學家使用Lick天文台的同一台望遠鏡收集了光譜數據。研究生Wynn Jacobson-Galán和Raffaella Margutti教授分析了這些數據，以重建這顆恒星爆炸前和爆炸後的曆史，並發現了它在坍縮和爆炸前三到六年釋放氣體的證據。爆炸前釋放或噴出的氣體量可能占其總質量的5%，足以形成一團致密的物質雲，超新星爆發物必須穿過這些物質雲。
雅各布森-加蘭說:“我認為這顆超新星將使我們許多人更加詳細地思考整個紅巨星群體的微妙之處，這些紅巨星在爆炸前失去了大量物質，並挑戰我們關於質量損失的假設。”“這是一個完美的實驗室，可以更詳細地了解這些爆炸的幾何形狀和質量損失的幾何形狀，這是我們已經感到無知的東西。”
Vasylyev說，對II型超新星如何演變的進一步了解有助於改進它們在膨脹的宇宙中作為距離測量的用途。
描述這些觀察的兩篇論文已經被《天體物理學雜誌快報》接受發表。Margutti和Chornock是這兩篇論文的合著者，這兩篇論文目前可在arXiv預印本服務器上獲得。
迄今為止研究最多的超新星之一
在超新星的光到達地球後的三個多月裏，大約有36篇關於它的論文被提交或發表，隨著來自爆炸的光繼續到達和各種望遠鏡的觀察結果被分析，更多的論文將會出現。
“在II型超新星的世界裏，從硬X射線到軟X射線到紫外線，基本上每個波長都被探測到是非常罕見的。到光學，近紅外，無線電，毫米。所以這真是一個難得的機會，”伯克利物理學和天文學教授Margutti說。“這些文件是一個故事的開始，第一章。現在我們正在書寫那顆星星的故事的其他篇章。”
“這裏的大問題是，我們想把一顆恒星的生存方式和死亡方式聯係起來，”Chornock說。“鑒於這一事件的接近性，它將允許我們挑戰我們在研究大多數其他超新星時必須做出的簡化假設。我們有如此豐富的細節，我們必須找出如何將它們結合起來，以了解這個特定的物體，然後這將為我們了解更廣闊的宇宙提供信息。”
位於聖何塞附近的漢密爾頓山頂上的利克天文台的望遠鏡對於天文學家們收集這顆超新星的完整圖像至關重要。Shane 120英寸望遠鏡上的Kast光譜儀能夠從普通光譜儀快速切換到光譜偏振儀，這使得Vasylyev和Filippenko能夠獲得光譜及其偏振的測量結果。由Jacobson-Galán、Chornock和Margutti領導的小組使用了40英寸鎳望遠鏡上的Kast攝譜儀和光度計，光度測量(亮度測量)也是通過年輕超新星實驗合作組織從夏威夷的Pan-STARRS望遠鏡進行的。
物體發出的光的偏振，即電磁波電場的方向，攜帶著關於物體形狀的信息。例如，來自球對稱雲的光將不會偏振，因為電場對稱地抵消了。然而，細長物體發出的光會產生非零偏振。
雖然對超新星的偏振測量已經進行了三十多年，但很少有人離得足夠近——因此也足夠亮——來進行這種測量。沒有其他超新星像SN 2023ixf那樣在爆炸後1.4天被觀測到。
這些觀察產生了一些驚喜。
“最令人興奮的是，這顆超新星在早期顯示出非常高的連續極化，接近1%，”Vasylyev說。"這聽起來像是一個小數字，但實際上這是對球對稱的巨大偏離."
根據偏振強度和方向的變化，研究人員能夠確定爆炸恒星演化的三個不同階段。爆炸後的一至三天，光線主要來自星周介質，可能是一個物質圓盤或恒星早期釋放的不平衡氣體團。這是由於爆炸產生的紫外線和X射線電離了周圍的氣體，以及恒星物質穿過氣體，這就是所謂的衝擊電離。
“早些時候，我們說我們看到的大多數光來自某種非球形的星周介質，它被限製在大約30 A.U .，”楊說。地球和太陽之間的平均距離是9300萬英裏，這是一個天文單位。
在第3.5天，極化迅速下降了一半，然後一天後移動了近70度，這意味著爆炸的幾何形狀發生了突變。他們將爆炸後4.6天的這一時刻解釋為爆炸恒星的噴出物從致密的星周物質中爆發的時間。
“本質上，它吞沒了星周物質，你得到了這種花生狀的幾何結構，”瓦西裏耶夫說。“直覺告訴我們，赤道平麵上的物質密度更大，噴出物的速度會變慢，阻力最小的路徑將會朝向環星物質較少的軸。這就是為什麽你得到這個花生形狀與它爆炸的優先軸對齊。”
在爆炸後的第5天到第14天，偏振保持不變，這意味著膨脹的噴出物淹沒了周圍氣體最稠密的區域，使得噴出物的發射超過了衝擊電離產生的光。
衝擊電離
Jacobson-Galán說，光譜演化大致符合這種情況。他和他的團隊在爆炸後大約一天看到了恒星周圍氣體的排放，可能是由於噴出物猛烈撞擊星周介質並產生電離輻射導致周圍氣體發光。對這種衝擊電離產生的光的光譜測量顯示了氫、氦、碳和氮的發射線，這是核心坍縮超新星的典型特征。
激波電離產生的發射持續了大約8天，之後有所減少，這表明激波已經移動到一個密度較低的空間區域，幾乎沒有氣體電離並重新發射，這與Vasylyev和Filippenko觀察到的情況類似。
Margutti指出，其他天文學家已經查看了風車星係的檔案圖像，發現在爆炸前的幾年中，有幾次祖星變亮，這表明紅巨星反複釋放氣體。這與她的小組觀察到的爆炸噴出物穿過這種氣體是一致的，盡管他們估計的密度比爆炸前波動所暗示的密度小1000倍。
對其他觀察結果的分析，包括X射線測量，可以解決這個問題。
“這是一個非常特殊的情況，我們知道祖細胞以前在做什麽，因為我們看到它在緩慢振蕩，我們已經準備好所有的探針，試圖重建星周介質的幾何結構，”她說。“我們知道它不可能是球形的。通過將輻射X射線與Wynn發現的以及Sergiy和Alex發現的放在一起，我們將能夠對爆炸有一個完整的了解。”
天文學家感謝眾多研究人員和學生的幫助，他們放棄了在Lick的觀測時間，使團隊能夠專注於SN 2023ixf，並感謝加州大學伯克利分校天文學副專家Thomas Brink的觀測協助。
Filippenko用Unistellar eVscope拍攝了SN 2023ixf的早期照片，這在業餘愛好者中很受歡迎，因為望遠鏡減少了背景光，因此允許在城市等光汙染嚴重的地區進行夜間觀察。他和其他123名天文學家——大部分是業餘愛好者——使用Unistellar望遠鏡，最近發表了他們對這顆超新星的早期觀察。
“這個偶然的觀察是在天文學領域進行公共宣傳時獲得的，它表明這顆恒星的爆炸時間比板垣發現它的時間要早得多，”他說，並開玩笑地補充道，“我應該立即檢查我的數據。”

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