超新星--亮度相当于整个银河系的恒星爆炸自古以来就令我们着迷。然而，贫氢超新星的数量比天体物理学家所能解释的还要多。现在，奥地利科学技术研究所（ISTA）的一位新任助理教授在确定缺失的前兆星群方面发挥了关键作用。现在发表在《科学》（Science）杂志上的这一成果，可以追溯到多年前作为初级科学家的两位教授的一次谈话。
双星发生质量转移的可视化图像揭示贫氢超新星缺失的前体。图片来源：© Ylva Götberg
有些恒星并不是简单地消亡，而是在恒星爆炸中爆发，其威力可能超过整个星系。这些被称为超新星的宇宙现象会在太空中传播光、元素、能量和辐射，并产生银河冲击波，从而压缩气体云并产生新的恒星。换句话说，超新星塑造了我们的宇宙。其中，大质量恒星爆炸产生的贫氢超新星一直让天体物理学家感到困惑。原因是：科学家们一直无法找到它们的前身恒星。这些超新星几乎就像是凭空出现的。
"贫氢超新星的数量比我们目前的模型所能解释的要多得多。要么我们无法探测到在这条路径上成熟的恒星，要么我们必须修改我们所有的模型，"ISTA 助理教授伊尔娃-戈特伯格（Ylva Götberg）说。她与加拿大多伦多大学邓拉普天文学与天体物理学研究所的副教授玛丽亚-德鲁特（Maria Drout）共同开创了这项工作。
"单恒星通常会以富氢超新星的形式爆炸。氢贫乏表明前体恒星肯定已经失去了厚厚的富氢包膜。这种情况在三分之一的大质量恒星中都会自然发生，因为双星伴星会剥离其包膜，"戈特伯格说。
现在，戈特伯格和德鲁特将他们在理论建模和观测方面的专长结合起来，寻找失踪的恒星。他们的探索取得了成功：他们记录了一个首创的恒星群，终于弥补了一个巨大的知识空白，并揭示了贫氢超新星的起源。
双星和包膜剥离
戈特伯格和德鲁特寻找的恒星是成对的：在双星系统中相互交错。天狼星双星系统距离地球仅有 8.6 光年--从宇宙学的角度来说，简直是咫尺之遥。这就解释了天狼星 A 在我们的夜空中被观测到的亮度。
天体物理学家预计，失踪的恒星最初是由大质量双星系统形成的。在双星系统中，恒星会相互环绕运行，直到质量较大的恒星厚厚的、富含氢气的包膜膨胀为止。最终，不断膨胀的包膜对伴星的引力会大于对自身核心的引力。
这导致质量开始转移，最终导致整个富氢包膜被剥离，留下炙热而紧凑的氦核心--比太阳表面的温度高出 10 多倍。这正是戈特伯格和德鲁特正在寻找的恒星类型。
双星伴星剥离恒星的三幅图像。第三幅画描绘了在本作品中观测到这些恒星的阶段。电影剧照。图片来源：© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/S.E. de Mink
"通过双星相互作用剥离出来的中等质量氦星被认为会在天体物理学中发挥重要作用。然而，直到现在才观测到它们。"事实上，已知的各类氦星之间存在着巨大的质量差距：质量更大的沃尔夫-雷叶（WR）星的质量是太阳的 10 倍以上，而低质量的亚矮星的质量可能只有太阳的一半左右。不过，根据模型预测，贫氢超新星的前体在剥离后的质量在2到8个太阳质量之间。
并非大海捞针
在戈特伯格和德鲁特的研究之前，只有一颗恒星被发现符合预期的质量和成分标准，并被称为"准狼射线"（或"近似狼射线"）。
戈特伯格说："然而，遵循这一路径的恒星寿命如此之长，许多恒星肯定散布在可观测宇宙的各个角落。"难道科学家们根本就没有"看到"它们？于是，哥特贝格和德鲁特利用他们互补的专业知识。在紫外线光度测定法和光学光谱法的帮助下，他们确定了一个由 25 颗恒星组成的星群，这些恒星符合对中等质量氦星的预期。这些恒星位于大麦哲伦云和小麦哲伦云这两个被研究得很透彻的邻近星系中。
"我们的研究表明，这些恒星比恒星诞生线更蓝，这是单颗恒星一生中最蓝的阶段。单颗恒星的成熟过程是向光谱中的红色区域演化。只有当恒星的外层被移除时，恒星才会向相反的方向移动--这种情况预计在相互作用的双星中很常见，而在单颗大质量恒星中却很少见，"戈特伯格解释说。
研究报告的作者贝瑟尼-路德维希（Bethany Ludwig）、安娜-奥格雷迪（Anna O'Grady）、玛丽亚-德鲁特（Maria Drout）和伊尔娃-戈特伯格（Ylva Götberg）在智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜上进行观测，他们在那里为这项研究收集数据。图片来源：Y.
科学家们随后利用光学光谱学验证了候选恒星群：他们发现这些恒星具有强烈的电离氦光谱特征。
"强电离氦线告诉我们两件重要的事情：首先，它们证实恒星的最外层主要是氦，其次，它们的表面非常热。"戈特伯格说："在剥离后，恒星的内核暴露在外，结构紧凑，富含氦，这就是恒星的情况。"
然而，双星系统中的两颗恒星都对观测到的光谱有贡献。因此，这项技术使研究人员能够根据哪颗恒星对光谱的贡献最大，对候选星群进行分类。
"这项工作让我们找到了缺失的中等质量脱氦恒星群，它们是贫氢超新星的预言祖先。这些恒星一直存在，而且可能还有更多。我们必须想办法找到它们，"戈特伯格说。"我们的工作可能是最早的尝试之一，但应该还有其他可能的方法。"
从研究生到天体物理学领军人物
戈特伯格和德鲁特在研究生学习期间参加了一次会议，在会议上戈特伯格发表了演讲，会后的一次讨论引发了这个项目背后的想法。这两位科学家当时都是向着星空进发的早期职业研究人员，如今都已成为各自领域的领军人物。
戈特伯格曾作为美国宇航局哈勃博士后研究员在加利福尼亚州帕萨迪纳的卡内基天文台从事研究工作，今年9月她加入了ISTA。在国际天体物理学研究所，戈特伯格加入了研究所不断壮大的年轻天体物理学组长行列，并领导她自己的小组，专注于研究恒星的双星相互作用。
编译来源：ScitechDaily