云南天文臺揭示大質量恒星死亡前劇烈物質拋射過程

　　近日，《科學通報》（Science Bulletin）發表了中國科學院云南天文臺張居甲團隊和清華大學王曉鋒團隊在超新星閃現光譜研究方面取得的研究成果。該研究在十年一遇的超新星爆發事件SN 2023ixf中還原了超新星前身星在死亡前猛烈拋出自身物質的過程，為構建大質量恒星完整演化圖景提供了關鍵板塊。

　　II型超新星是宇宙中最常見的恒星爆炸，其富氫的大質量前身星最后階段的演變尚不清晰。為了建立II型超新星爆炸與大質量恒星晚期演化之間的聯系，有必要捕捉超新星爆炸的第一縷光，即由激波爆發冷卻產生的高能光子電離星周物質造成的閃現光譜。

　　近鄰星系M 101中爆發的超新星SN 2023ixf為探索這一問題提供了機會。云南天文臺和清華大學超新星團隊，利用爆炸后1-5天內頻繁拍攝的閃現光譜，對這顆超新星周圍物質的性質進行嚴格的約束。計算表明，SN 2023ixf前身星在爆炸前最后2-3年內以高達6 × 10-4M⊙yr^-1的速率損失著物質。這些物質以55 km s^-1的速度運動，在距離前身星不到7 × 1014cm的位置形成致密的星周物質殼層。

　　研究結合爆炸前20年的圖像發現，該超新星前身星的物質損失速率猛然增大了數十到數百倍。考慮到如此劇烈的物質損失過程以及相對較大的風速，研究推測，SN 2023ixf可能是剛從紅超巨星演化而來的黃巨超巨星產生的超新星爆炸。

　　得益于麗江2.4米望遠鏡和興隆2.16米望遠鏡快速響應機制，這一研究在觀測上取得了時間分辨率和光譜分辨率的雙重優勢，從而能夠更嚴格地限制星風速度和物質損失速率等關鍵參數，進而更準確地刻畫超新星周圍物質的結構、推演前身星演化軌跡、還原恒星死亡前的劇烈物質損失過程，為探討大質量恒星演化提供獨特的超新星視角。

　　目前，該團隊正在推進針對該超新星的觀測和研究。這一系列工作將使SN 2023ixf成為具有重要意義的超新星爆發事件，是探索10-20倍太陽質量的恒星最終命運的關鍵。

　　研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國載人航天工程、云南省“興滇英才”支持計劃和北京市科學技術研究院學者計劃等的支持。

　　論文鏈接

　　圖1. 超新星SN 2023ixf及其宿主星系

　　圖2.SN 2023ixf星周物質分布以及前身星物質損失歷史。（a）早期閃現光譜中快速演化的Hα發射線；（b）星周物質密度隨半徑的分布；（c）SN 2023ixf在爆炸前物質損失速率急劇增加。