一顆前所未見的超新星

通常情況下，當大質量恒星爆炸時，天文學家會在觀測中發現氫和氦等輕元素的明顯特征。

但現在，在一項新發表于《自然》雜志的研究中，一個國際研究團隊表明，他們發現了一種前所未見的超新星——這顆名為SN2021yfj的新超新星富含硅、硫和氬，呈現出截然不同的化學特征。這一發現不僅為天文學家長期推測的大質量恒星的”洋蔥式殼層結構“提供了直接證據，也讓我們前所未有地”窺探“到了垂死恒星最深處的內部結構。

恒星的洋蔥結構

在恒星的核心，極端的高壓和高溫會促使較輕的元素聚變成較重的元素，并釋放出能量。這一過程始于氫聚變成氦。

之后，聚變后的產物會成為新的燃料，驅動進一步的聚變反應，使大質量恒星（質量超過太陽質量8倍的恒星）逐漸形成”洋蔥式“的殼層結構。

這種殼層結構外層是最初的氫，往內依次是更重的成分：氦層、碳/氧層、氧/氖/鎂層，以及氧/硅/硫層。最終，硅和硫會聚變成鐵。

大質量恒星的核聚變會產生殼層結構，內層是重元素，外層是輕元素。（圖片素材：Nautre）

核心坍塌與超新星爆炸

當大質量恒星的鐵核質量超過錢德拉塞卡極限（約為1.2到1.8個太陽質量）時，它就進入了生命的最后階段。這時，鐵核開始坍縮。在短短幾秒鐘內，鐵核就會坍縮成中子星，甚至是黑洞。

在這個過程中，會釋放出極為巨大的引力能，從而驅動了超新星爆發。爆炸將恒星的其余物質拋射到宇宙空間中，為新恒星和行星的形成提供原料。

這種爆發會點亮先前從恒星拋射出去的氣體殼層，讓我們有機會觀測并分析氣體的成分。迄今為止，在所有已知的超新星中，這些外拋物質通常是氫層、氦層或碳層——它們都形成于恒星的前兩輪核聚變。

而更深的殼層則是在恒星爆炸前短短幾百年內才形成的，因此它們根本沒有足夠時間遠離恒星核心。所以，通常我們是觀測不到這些殼層的。

爆炸性的謎團

而這正是新發現的超新星SN2021yfj引人注目的原因。

2021年9月，研究人員通過使用茨威基暫現源設施（ZTF）發現了SN2021yfj。當時，他們注意到，位于距離地球22億光年的恒星形成區，存在一個極其明亮的天體。為了獲得更多關于這個神秘天體的信息，研究人員需要獲取光譜數據。

光譜能將光分解為不同顏色，每種顏色對應一種元素，由此科學家就能夠判斷爆炸中存在何種元素。于是，通過利用夏威夷的凱克天文臺的設備，研究人員獲取到了光譜。

結果發現，SN2021yfj的光譜幾乎完全被硅、硫和氬的強烈信號主導。這些較重的元素正是大質量恒星在其生命的最后階段、在內部深處通過核聚變產生的。

也就是說，這顆恒星幾乎失去了它一生中產生的大部分物質。所以天文學家所看到的，是它在爆炸前幾個月形成的物質。

一般來說，大質量恒星在爆炸前都會拋掉一些外層物質。但SN2021yfj拋出的物質量遠超以往觀測到的情況。在之前的觀測，所謂的“剝離星”（失去外層氫包裹的恒星）通常只會露出氦層，或者碳/氧層。但天體物理學家此前從未見過比碳/氧層更深的部分被暴露出來。這說明，一定是發生了極其劇烈、非同尋常的事件，才能把如此深層的物質拋射出來。

極其暴烈的事件

研究人員推測，這可能涉及罕見而強大的機制。他們正在探索幾種可能，包括與伴星的相互作用、超新星爆發前的大規模拋射，甚至異常強烈的恒星風。

但最有可能的解釋是：這顆恒星在自我撕裂。當恒星的核心在自身引力作用下不斷擠壓時，它會變得愈發熾熱與致密。極端的熱量和密度會以難以置信的強度重新點燃核聚變，從而釋放出巨大的能量，將恒星的外層一層層推開。每當恒星進入一個新的“對不穩定性”（pair-instability）期，產生的相應脈沖就會拋射更多物質。

而其中一次最新的殼層拋射撞上了先前的殼層，于是產生了觀測到的SN2021yfj異常明亮的輻射。

雖然研究人員對這種爆炸的成因有一個理論框架，但他們并不敢斷言它就是正確答案。畢竟，目前只發現了這一個特例。所以，接下來天文學家需要找到更多類似的稀有超新星，才能更好地理解它們的性質和形成機制。

#參考來源：

https://news.northwestern.edu/stories/2025/08/first-of-its-kind-supernova-reveals-innerworkings-of-a-dying-star/?fj=1#tab-panel1

https://theconversation.com/astronomers-have-glimpsed-the-core-of-a-dying-star-confirming-theories-of-how-atoms-are-made-263339

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02425-w

#圖片來源：

封面圖&首圖：Keck Observatory / Adam Makarenko