夜空中最亮的“牛”_风闻

原创：牧夫天文

翻译：陆寅枫 

校译：陈艳玲 田程偲 汪荣鑫 

编排：胡暖暖

原文链接：

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/cow-celestial-event-puzzles-astronomers/

摘要

对于这个被命名为“牛”(the Cow)的明亮光源背后的本质天文学家至今还无定论。这究竟是由一个中等质量黑洞撕裂一个白矮星所致呢，还是一种我们从未见过的超新星爆发？

最近，世界各地的许多天文学家团队都在使用各种各样的望远镜以极高的精度观测着一个天文爆发事件。而这个事件的中心却被一个谜团笼罩着，天文学家无法断定这突然出现的明亮光源究竟是来自于一个被黑洞撕裂的白矮星，还是一种我们前所未见的超新星爆发。天文学家仍在研究着正逐渐暗淡的遗迹，希望能揭开谜团的真相。

天文学家使用地基望远镜对“牛”进行的跟踪拍摄。最左侧的图片是2003年使用斯隆数字化巡天拍摄的星系CGCG

137-068，图中“牛”还未出现。中间的图片使用利物浦望远镜拍摄，拍摄时间前后正好是“牛“亮度的峰值，可以看到它要远亮于它所在的星系。最右图则由威廉·赫歇尔望远镜在它到达亮度峰值一个月后拍摄，可见亮度已经减弱很多。Credit: Daniel Perley(Liverpool John Moores University, UK)

这个突如其来的奇特事件最初由全自动化的小行星撞击最新预警系统(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS)发现，当时这个天体自动生成的编号为AT2018cow。天文学家根据这个编号为它起了“牛”(the Cow)这个昵称。在1月10日的美国天文学协会会议上，天文学家就“牛”的产生机制给出了非常不同的观点。

先来总结一下大家都认同的事实：这个天文爆发事件发生于2018年6月16日，地点是在2亿光年之外的星系CGCG

137-068的一条旋臂上，这个星系位于武仙座天区。（一个有趣的巧合是武仙座的原型，希腊神话中的英雄赫拉克勒斯，他的十二伟业中有一项便是制伏克里特公牛。）

这张图片在2018年8月17日由凯克望远镜上的多目标深度成像光谱仪（Deep Imaging and Multi-Object Spectrograph, DEIMOS）拍摄。Credit: R. Margutti/W. M. Keck Observatory

短短两天内，这场爆发便达到了它的亮度峰值——其亮度等同于一千亿颗太阳，是一个典型超新星爆发亮度的十倍。早期的光谱数据显示这场爆发以极高的速度抛出物质，速度几乎达到光速的10%。

但是真正让天文学家疑惑不解的是爆发之后测得的数据。一场普通的超新星爆发会喷发出大量的重元素和放射性元素，但是在“牛”中他们只发现了氢和氦的化学信号。不仅如此，跟踪观测显示爆发源在数周后仍保持着高温，而普通超新星爆发则会以较快的速度冷却。此外，还存在着其他不同寻常之处，如亮度会上下波动，X光波段也是如此。总而言之，这些观测结果意味着存在某种“引擎”，让这场爆发能持续数周之久。但是这个“引擎”的机制仍不得而知，弄清这个机制便是解开这个谜团的核心。

一颗不幸的白矮星？

如果AT2018cow是一个潮汐破坏事件，那必须是一个氦白矮星与一个中等质量的黑洞造成。这与迄今观测到的潮汐破坏事件都不同。Credit: Sophia Dagnello/ NARO/ AUI/ NSF

NASA戈达德太空飞行中心的Amy

Lien提到一个可能的解释是一颗恒星太过靠近一个黑洞而被其撕裂。她的团队使用NASA的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台对“牛”进行X光，紫外光，和可见光波段的观测。由于“牛”的出现太过突然，所以这个被撕裂的天体必须非常小，一颗地球大小的白矮星正合适。更明确地，这颗白矮星必须是一颗所谓的“氦白矮星”，这类白矮星主要由氢和氦组成，缺乏重元素。与此同时，这个黑洞也不能太大，必须在十万至一百万倍太阳质量之间，也就是一个中等质量黑洞。

但是这个理论有一个难点：这场爆炸发生在星系CGCG

137-068的一条旋臂中。在星系旋臂中发现超新星很常见，但是发现一个中等质量黑洞却是罕见至极的。对此Lien回应道“牛”真正的位置可能是在一个卫星星系或是球状星团中，中等质量黑洞在这些地方更为常见，而CGCG 137-068只是正好位于地球与“牛”的视线方向上，并不意味着“牛“位于这个星系。

一种前所未见的超新星爆发？

如果AT2018cow是一个超新星，那它也是一种非常奇怪的，我们前所未见的超新星。Credit: NASA, ESA, G. Bacon (STScl)

另一种可能的解释便是“牛”是一种奇特的超新星。理所当然，目前的观测并不符合一场普通的恒星爆炸事件，但部分天文学家认为这里的情况可能有些特殊。在这场爆发中，天文学家认为他们可能在残骸中目睹了一个黑洞或是中子星的诞生。如果这是事实，那这次发现将可以填补天文学界的一个巨大的知识空缺，西北大学的Raffaella Margutti如此认为。

支持这一理论的一条证据便是在X光光谱数据中发现了铁元素的迹象和一种被称为“康普顿驼峰”的现象，也就是X光从冷而高密度的物体表面反射所造成的光谱数据中的波动。这些信号可能来自于一个正在吸收周围物质的新生黑洞。

更长波段上的观测也为这一理论提供了更多证据。加州理工学院的Anna

Ho使用了位于夏威夷毛纳基火山的亚毫米阵列对“牛”进行了毫米波段上的观测。在一个典型的超新星爆发中，喷发消失得非常快，经常还未观测就结束了。但是“牛”似乎正在变得愈发明亮，它保持了数周的明亮状态之后才最终开始淡去。

Ho认为这场喷发的本质可能是一个由黑洞或是中子星驱动的冲击波在稠密的气体尘埃云中前进而造成的。一旦冲击波离开了气体尘埃云，在亚毫米波段的信号就会开始衰减。X光和亚毫米两个波段上的观测数据支撑了这一理论。气体尘埃云理论也是对前一种潮汐破坏理论的驳斥，因为中等质量黑洞本不应该存在于那种环境中。

就让我们期待仍在进行的观测能最终揭开这场谜团重重的爆发背后的真相吧！

『天文时刻』 牧夫出品

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NASA的凌星系外行星巡天望远镜（TESS）在其前三个月的观测任务中，发现了三颗已经确认的系外行星。Credit:NASA/MIT/TESS