詹姆斯·韋布望遠鏡觀測到迄今最遙遠超新星

據愛爾蘭都柏林大學學院（UCD）研究與創新部門消息，一個國際天文學團隊借助詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST），首次在宇宙早期成功確認一顆極其遙遠的超新星，為研究最初幾代恒星如何走向終結提供了前所未有的觀測窗口。 這顆超新星與一例伽馬射線暴事件相關，其距離之遠、年代之早，都創下了同類觀測紀錄。

團隊識別到的這次爆炸事件被命名為“GRB 250314A 伴隨的超新星 SN”，發生在宇宙誕生約7.3億年之后，處于所謂“再電離時代”——這是第一批恒星和星系陸續形成、點亮宇宙的關鍵時期。 觀測如此早期的一場大質量恒星死亡事件，有助于研究者了解當時的恒星形成與演化規律，并檢驗關于早期恒星族群性質的理論模型。

這項成果已發表于《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊。事件最初由太空多波段可變天體監測衛星 SVOM 于2025年3月14日探測到，當時表現為一次長時程伽馬射線暴（GRB），即一次強烈的高能閃光。 隨后，歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT）開展后續觀測，證實這一源位于極端遙遠的宇宙深處，為后續利用韋布望遠鏡進行精細研究奠定基礎。

關鍵突破來自事件發生約110天后進行的韋布望遠鏡近紅外相機（NIRCam）定向觀測。研究團隊通過高靈敏度近紅外成像，從整體信號中區分出正在逐漸衰減的超新星余輝和其宿主星系本身微弱的星光，從而在宇宙早期清晰地確認了一次恒星爆炸的存在。 這一步驟被認為是建立“伽馬射線暴源于大質量恒星死亡”這一聯系在高紅移宇宙中成立的關鍵證據。

論文合著者、UCD 物理學院天體物理學家安東尼奧·馬丁-卡里略博士指出，將伽馬射線暴與大質量恒星死亡直接關聯的“確鑿證據”，就是在同一位置上檢測到隨時間演化的超新星信號。 他表示，以往天文學界研究的絕大多數超新星都發生在與地球相對較近的宇宙尺度上，只有極少數例外能夠推至高紅移，這次測得的超新星年齡一經確認，團隊立即意識到這是難得的“時間窗口”，可以用來探測宇宙早期的環境以及當時存在、并已死亡的恒星類型。

研究團隊利用本地宇宙中已知“GRB 伴隨超新星”樣本構建了輻射模型，預測在如此高紅移條件下超新星的可能亮度和光譜特征，并以此設計針對詹姆斯·韋布望遠鏡的新觀測方案。 出乎研究者意料的是，模型與實際觀測結果高度吻合，這顆超新星在光度和譜特性上與本地宇宙的“原型”——1998年爆發的 SN 1998bw——非常相似。

數據分析顯示，這次遠方爆炸事件無論在亮度還是譜線分布方面，都與典型的“GRB 關聯超新星”高度一致，而非更為明亮的“超亮超新星”（SLSN）一類。 這意味著，即便在金屬豐度極低、物理條件迥異的早期宇宙，這類導致伽馬射線暴的大質量恒星，其終末爆發形態與今天在附近宇宙中觀測到的類似恒星并無顯著差異。

這項發現對長期以來的一個假設提出挑戰：傳統觀點認為，在極低金屬豐度環境下形成的早期恒星，可能會產生更明亮、更偏藍的爆炸事件，與現代宇宙中的超新星顯著不同。 然而，GRB 250314A 所關聯的這次超新星顯示出出人意料的“相似性”，暗示恒星爆發的某些基本物理機制在數十億年間保持了高度統一。

盡管這一成果為理解宇宙早期恒星演化提供了重要“錨點”，也同時引出了新的疑問。例如，為何在物理環境差異如此顯著的時代，恒星死亡的可觀測特征仍與本地宇宙如此接近？ 研究團隊指出，需要更多類似事件的樣本，才能系統檢驗早期恒星群體的質量分布、金屬豐度以及爆發機理是否存在細微但關鍵的差別。

為進一步厘清這一超新星及其宿主星系的性質，團隊計劃在未來一到兩年內安排第二輪詹姆斯·韋布望遠鏡觀測。 屆時，超新星的光度預計會再度衰減超過兩個星等，使研究者有機會更徹底剝離爆炸殘余的貢獻，精確刻畫這座極其遙遠宿主星系的結構和成分，并最終確認超新星在整體信號中的貢獻比例。

編譯自/ScitechDaily