在巨大的超新星爆炸現場發現一顆倖存的恆星並不是聞所未聞的事情，而超新星爆炸預計會湮滅它周圍的一切，但哈勃太空望遠鏡的最新研究為一種特定類型的恆星死亡提供了一條期待已久的線索。在一些超新星案例中，天文學家沒有發現前恆星最外層的氫的痕迹。那麼那裡的氫氣究竟發生了什麼？
對此，研究人員懷疑伴星是罪魁禍首–在它們死亡之前吸走了它們夥伴的外殼–這一點得到了哈勃在2013年超新星現場發現的一顆倖存的伴星的支持。這一發現也使大多數大質量恆星以雙星系統的形式形成和演化的理論得到了證實。而這也可能是另一場宇宙大戲的前傳：隨着時間的推移，倖存的大質量伴星也將經歷一場超新星，如果這兩顆恆星的殘餘核心沒有被甩出系統，那麼它們最終將合併併產生引力波進而撼動空間結構本身。
NASA的哈勃太空望遠鏡在一顆恆星爆炸性死亡的現場發現了一個目擊者：一顆之前隱藏在其夥伴的超新星的強光下的伴星。這一發現對於一種特殊類型的超新星來說是第一次–在這種超新星中，恆星在爆炸前被剝去了它的整個外層氣體包膜。
這一發現為大質量恆星的雙星性質提供了關鍵性見解，同時它還是伴星最終合併的潛在前奏，它將作為引力波在宇宙中震蕩並成為時空結構本身的漣漪。
天文學家在超新星爆炸中檢測到各種元素的特徵。這些元素像超新星前的洋蔥一樣分層。氫氣存在於恆星的最外層，如果在超新星的後果中沒有檢測到氫氣，那麼這意味着它在爆炸發生之前就被剝離了。
氫氣流失的原因一直是個謎，天文學家們一直在利用哈勃尋找線索並檢測理論來解釋這些被剝離的超新星。新哈勃觀測結果提供了最好的證據來支持這一理論，即一顆看不見的伴星在爆炸前從其伴星上抽走了氣體包膜。
“這是我們一直在等待的時刻，終於看到了完全剝離的超新星的雙星系統祖先的證據，”位於馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所的天文學家Ori Fox說道，“我們的目標是將這一研究領域從理論轉向跟數據打交道以看看這些系統到底是什麼樣子的。”Fox是哈勃研究計劃的首席調查員。
Fox的團隊使用哈勃的第三代廣域相機研究了紫外線下的超新星2013ge區域及Barbara A. Mikulski檔案(MAST)中先前的哈勃觀測。天文學家們看到，從2016年到2020年，超新星的光芒會隨着時間的推移而逐漸消失–但在同一位置的另一個附近的紫外光源卻保持着它的亮度。這個潛在的紫外線發射源就是研究小組提出的SN 2013ge的倖存的雙星伴星。
兩兩成對？
以前，科學家們推測，一顆大質量原生星的強風可能會吹走它的氫氣包層，但觀測證據並不支持這一點。為了解釋這種脫節，天文學家開發了一些理論和模型。據了解，在這些理論和模型中，一個雙胞胎伴侶會抽走氫氣。
“近年來，許多不同的證據告訴我們，剝離的超新星可能是在雙星中形成的，但我們還沒有真正看到伴星。研究宇宙爆炸的大部分工作就像法醫科學–尋找線索，以看看哪些理論是符合的。感謝哈勃，我們能夠直接看到這一點，”哈勃研究小組成員、多倫多大學的Maria Drout說道。
在之前對SN 2013ge的觀測中，哈勃在紫外光中看到了兩個峰值，而非在大多數超新星中通常只看到一個。Fox表示，對這種雙倍亮度的一種解釋是，第二個峰值顯示了超新星的衝擊波撞擊到一顆伴星時的情況，這種可能性現在看來更有可能。哈勃的最新觀測結果表明，雖然伴星受到了明顯的衝擊–包括它從其夥伴身上吸走的氫氣，但它並沒有被摧毀。Fox將這種影響比作一碗晃動的果凍，它最終會恢復到原來的形態。
雖然還需要找到更多的確認和類似的支持性發現，但Fox表示，這一發現的意義仍非常大，這為大多數大質量恆星以雙星系統形式形成和演變的理論提供了支持。
值得關注的一個
不像超新星有一個蓬鬆的氣體外殼可以點亮，事實證明，在爆炸前的圖像中，完全剝離包層的超新星原體很難被識別。現在，天文學家已經幸運地識別出了倖存的伴星，他們可以利用它進行倒推以確定爆炸的恆星的特徵，以及獲得前所未有的機會以跟倖存者一起觀看後果的展開。
作為一顆大質量恆星本身，SN 2013ge的同伴還註定要經歷一場超新星。它的前夥伴現在可能是一個緊湊的天體如中子星或黑洞，而這個同伴也很可能會走這條路。
原有伴星的距離將決定它們是否會在一起。如果距離太遠，伴星將被甩出系統並獨自在我們的銀河系中遊盪，這種命運可以解釋許多看似孤獨的超新星。
然而如果這些恆星在超新星之前就足夠接近對方，那麼它們就會作為黑洞或中子星繼續圍繞對方運行。在這種情況下，它們最終會朝着對方螺旋上升併合並並在此過程中產生引力波。
這對天文學家來說是一個令人興奮的前景，因為引力波是天體物理學的一個分支，才剛剛開始被探索。它們是時空結構本身的波浪或漣漪，由阿爾伯特-愛因斯坦在20世紀初提出。引力波後來有被激光干涉儀引力波觀測站(LIGO)直接觀測到。
“有了SN 2013ge的倖存同伴，我們有可能看到引力波事件的前傳，儘管這樣的事件仍將在未來10億年左右，”Fox說道。
Fox和他的合作者將跟哈勃合作以建立起一個更大的其他超新星的倖存伴星樣本，實際上是給SN 2013ge再次提供一些陪伴。
“除了了解超新星本身還有很大的潛力。由於我們現在知道宇宙中大多數大質量恆星都是以雙星對的形式形成的，所以對倖存的伴星的觀測是必要的，以此來幫助了解雙星形成、物質交換和共同進化發展背後的細節。這是一個研究恆星的激動人心的時刻，”Fox說道。
“了解大質量恆星的生命周期對我們特別重要，因為所有的重元素都是在它們的核心和通過它們的超新星鑄造的。這些元素構成了大部分可觀察到的宇宙，其中包括我們所知的生命，這項研究的論論文共同作者、來自加州大學伯克利分校的Alex Filippenko補充道。
據悉，這些結果已發表在《The Astrophysical Journal Letters》上。