一张照片捕捉到超新星三个瞬间，揭示超新星爆炸后激波冷却的过程

一组天文学家通过翻阅“哈勃”空间望远镜的老照片发现了一颗115亿年前的超新星，表现出恒星死亡后仅数小时的状态，更有趣的是，由于引力透镜效应，照片上出现了同一颗超新星的三个像，为我们揭示出超新星爆炸后激波冷却的过程。

Abell 370背后的超新星（来源：NASA, ESA, STScI, Wenlei Chen (UMN), Patrick Kelly (UMN), Hubble Frontier Fields）

2010年，“哈勃”空间望远镜拍摄了著名的阿贝尔370星系团（Abell 370）的几张照片。这本身并不是一项开创性的壮举，但照片犹如一个巨大的宝藏，留下了丰富的遗产供人们挖掘。一组天文学家利用人工智能技术系统地搜寻了“哈勃”的档案照片，发现照片中令人难以置信的东西——遥远的刚刚爆发的超新星。

阿贝尔370星系团是阿贝尔星表中最远的一个星系团，拥有数百个成员星系，距离地球约40亿光年。听上去已经够遥远的了。但是这颗超新星并不在阿贝尔370当中，而是位于更加遥远的一个未知星系（或矮星系）中。这个星系远在115亿光年外，非常暗弱。幸好，它正好躲在质量巨大的阿贝尔370身后，在其巨大引力的作用下，这个未知星系发出的光线被扭曲了，出现了多个像，并且亮度得到了加强，使得我们在“哈勃”望远镜的图像中勉强可见。2010年12月，“哈勃”恰好拍到了该星系中爆发的一颗超新星，同样的道理使得画面中同时出现了三个超新星的像，非常显眼。这真是难得一见的场面。

引力透镜效应示意图（来源：ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.）

研究人员将观测数据导入模型中分析图像中的亮度和颜色等细节。模型预言前景星系造成的时空扭曲应该会创造出4个非对称的像——虽然源自同一个超新星，但是前景星系与、超新星所在的宿主星系、地球三者并不刚好在一直线上，加之时空发生扭曲，所以光线传达到地球所经过的路程并不一样长，因此，这4个像并不是同时出现。研究人员将4个像分别编号S1、S2、S3和S4，如果以S3为参考，它们出现的时间分别为第30.6天、第21.0天、第0天、第53.5天。可惜的是，“哈勃”在2010年12月拍摄下这张照片的时候，S4的光线尚未到达，因此，我们只能看到3个星点。

A：2011年至2016年之间的图像，能勉强看到三个背景星系。B：2010年12月拍摄到的三个超新星像。C：将图像B扣除图像A后得到新增三个亮点就是超新星像。D：三个通道图像的叠加，颜色越蓝表示温度越高，越红表示温度越低，显示出S1是超新星爆炸后不久的像，S3已经明显冷却。（来源：NASA, ESA, STScI, Wenlei Chen (UMN), Patrick Kelly (UMN), Hubble Frontier Fields）

“哈勃”空间望远镜的所有通道上都有记录，这能帮助天文学家很好地测定超新星的光度。一个超新星又分解成多个像，相当于一下子多了好几个样本，这真是天赐良机。经测定，S1、S2、S3的温度分别为55000度（K）、20000度和11000度。根据模型，这意味着S1是超新星爆炸后仅6小时后的样子，S2和S3分别是爆炸后第10天和第30天左右。并对照“哈勃”的观测记录后发现，这三张照片中的第一张是哈勃在核心坍塌后爆炸6小时后拍摄的，第二张和第三张分别是在爆炸后10天和30天左右拍摄的。这是天文学家第一次捕捉到年轻宇宙中（相当于宇宙仅经历了17%的年龄）一个刚刚发生的超新星。它也成为最古老的超新星之一。

Abell 370（来源：NASA, ESA, and J. Lotz and the HFF Team (STScI)）

宇宙创造了一个神奇的故事，让光线经历了奇妙的旅程，为我们创造了一个史无前例的对超新星进行详细观察的机会，助于科学家进一步了解早期宇宙中恒星与星系的形成与演化。这项研究成果发表在11月10日的《自然》杂志上。

参考资料：