一颗破纪录的超新星最近用X射线照射了整个宇宙

　　像AT2018cow这样的事件，现在被称为FBOT或类似Cow的事件，被认为是茧状超新星爆发冲击的结果。随着五个这样的事件被发现，狩猎正在进行中，以准确揭示导致它们的原因，以及使它们如此独特的原因。（图片来源：上海天文台，中国）
　　每隔一段时间，我们的宇宙中就会发生一场恒星大灾难，使恒星的生命结束。最常见的灾难类型是核心坍缩超新星，其中一颗大质量恒星的内部内爆，导致失控的聚变反应和巨大的爆炸，其中恒星发出的能量可以短暂地比典型恒星明亮数十亿倍。然而，更罕见的恒星大灾难类型——超亮超新星、超新星、潮汐破坏事件，甚至更奇特的爆炸——可以比我们观察到的任何其他事件都更明亮。
　　在2018年，首次出现了一类新的爆炸：＂牛＂级。由一个监测天空中意外变亮（或变暗）事件的设施自动检测到，其随机生成的名称出现在AT2018cow上，其中最后三个字母碰巧拼写了一个实际的单词。今天，它是整个宇宙中发生的一类新型爆炸的原型。最近发现了同一类＂牛＂物体中的另一个事件：第一个事件不是通过其可见光特征检测到的，而是通过其壮观的X射线增亮检测到的。它被称为AT2020mrf，它实际上将宇宙沐浴在数十亿光年的X射线中，包括我们。
　　当恒星经历生命周期时，它们通过核聚变过程将质量转化为能量。通过在巨大的压力和温度下将轻原子核撞击在一起，它们可以触发更重原子核的形成。如果你把聚变前核和聚变后核的总质量放在一个尺度上，你会发现聚变产生的那些比进入反应的核稍微小一些。
　　那个质量去了哪里？它通过爱因斯坦最著名的方程转化为能量： E = mc 2 .
　　当AT2018cow首次出现时，它只是一个快速变亮的高温事件：像一颗超新星，但有一些不寻常的特征。其中一些功能包括：
　　大量检测铁
　　在紫外线波长下具有极强的亮度增亮效果
　　大约是正常超新星固有亮度的十倍
　　所有波长的光的亮度，从X射线到无线电
　　有证据表明它被非常密集的材料包围，一个非常快的冲击波穿过它
　　在相当长的一段时间里，这令人费解地难以解释。
　　然而，通过综合来自许多不同天文台的各种观测结果，一致的画面开始出现。一个候选的解释是，它来自潮汐破坏事件，其中恒星通过与一个巨大而紧凑的物体的引力相互作用而被撕裂。然而，X射线的长期性质表明，留下了一个残余物来为其提供动力，从而消除了这种可能的解释。相反，也许它毕竟是一颗超新星——尽管它处于一个不寻常的环境中，被密集的茧状气体结构所笼罩。
　　有了这种认识，这些碎片就落到了实处。如果一颗恒星周围有一个气体茧，它的生命即将结束，那么：
　　最初的超新星会震撼周围的茧
　　材料会加热到极高的温度
　　注入的能量会导致＂突破＂事件，产生极端亮度，亮度快速增加和超快冲击波
　　超新星的残骸，就像中子星一样，在最初的爆炸后会继续长时间注入能量。
　　这种新类别的对象现在不仅被称为＂Cow＂类对象，而是FBOT：Fast Blue Optical Transients。
　　是什么使爆炸成为快速蓝色光学瞬变？亮度必须迅速增加;这是＂快速＂的部分。你必须在光谱的紫外线部分有很多能量;这是＂蓝色＂的部分。它必须在光谱的可见光部分具有较大的亮度增加;这是＂光学＂部分。它需要在其整体能量输出中具有时间变化，在那里它上升，增加到最大值，然后减少并消失;这是＂瞬态＂部分。
　　事实上，有整个天文台专门对瞬态物体进行观测，在那里它们一遍又一遍地对天空的同一部分进行成像。然后，它们以自动方式执行差分计算，只寻找从一个时刻到下一个时刻的天空变化。只有当某物变亮、变淡、新出现、新消失或以其他方式以某种方式发生变化（例如，在位置或颜色上）时，它才会被＂标记为＂短暂事件的候选者。然而，我们几乎所有的自动瞬态搜索都仅限于在可见光下执行。
　　这就是使这个最新活动AT2020mrf如此壮观的部分原因。它于2020年7月首次被发现，不是由任何明确建造和设计的用于发现这些光学事件的瞬态设施发现的，而是由一个完全不同类型的天文台发现的：一种被称为Spektrum-Roentgen-Gamma（SRG）望远镜的X射线望远镜。由于多种原因，这架X射线望远镜在我们今天运营的所有X射线天文台中都是独一无二的，但最壮观的是，它是唯一一个计划多次对整个天空进行成像的望远镜。
　　Spektrum-Roentgen-Gamma望远镜于2020年6月完成了对天空的首次全面调查，并迅速开始了第二次扫描 - 计划中的八次扫描 - 紧随其后。一遍又一遍地测量天空的全部意义在于，再次寻找变化，因为它们意味着一个感兴趣的天文事件。2020年7月，在第二次扫荡开始时，出现了一些令人着迷的东西。一个全新的X射线光源 - 六个月前还没有出现过 - 不仅出现了，而且非常明亮。
　　它有多亮？最初的＂牛＂事件，AT2018cow对超新星具有大而显着的X射线亮度。AT2020mrf的亮度是X射线光的20倍。此外，这两种事件的X射线亮度都存在很大但不稳定的变化，在不到一天的时间尺度上变化迅速。
　　这足以让研究它的天文学家感到疑惑：这个新事件是否有可能也是FBOT？如果是这样，则在完全相同的位置应该有光学瞬变。他们梳理了Zwicky瞬态设施的数据，看看那里有什么。
　　果然，在SRG望远镜发现显着的X射线增亮之前的35天，发生了光学增白，就像其他FBOT事件一样，包括牛。它具有其他功能，使其本身成为一个非常有趣的对象，包括：
　　温度高达约 20，000 K
　　显著的发射特征，表明速度非常高，约为光速的10%（比正常超新星快2-3%的光速快得多）
　　一组明亮的无线电发射
　　也许最有趣的是，它属于一个非常小的，低质量的矮星系：一个质量只有1亿颗恒星，或不到我们银河系质量的0.1%的星系。
　　这个事件，AT2020mrf，现在是第五个满足FBOT所有标准的事件，不知何故，所有五个事件都发生在正在形成新恒星的矮星系中。这是观测到的现象之一，它使天文学家集体挠挠头并指出，＂这很有趣＂，因为我们对此没有现代的解释。
　　那么，如果你是一名科学家，从一个距离地球约20亿光年的物体上看到一个你无法解释的谜团，你会怎么做？
　　你拿起最灵敏的望远镜，在你认为可能包含有趣信息的任何波长的光下，你继续观察这个事件，希望从长时间揭示自己的线索中更多地了解它的性质和起源。由于知道他们发现了一种可能独特的快速蓝色光学瞬变，由加州理工学院第一作者Yuhan Yao领导的一组科学家申请并获得了NASA钱德拉X射线望远镜的观测时间，以跟进这个物体。尽管那个时间直到2021年6月才到来，但等待是值得的。
　　爆炸开始后大约328天，美国宇航局的钱德拉X射线望远镜将目光投向了20亿光年外的这个物体。值得注意的是，在观测的前六个小时内，钱德拉看到了来自这个物体的29个单独的X射线光子：这是一个非常大的数字。在第二个六小时的观测窗口中，它发现了另外10个X射线光子。这两次观测是在最初爆炸发生近一年后进行的，表明了一些值得注意的事实：
　　来自这个物体的X射线通量必须是绝对巨大的;在X射线下，其亮度大约是AT2018cow在其进化过程中相当时间的200倍。
　　到目前为止，X射线使它成为X射线中见过的最明亮的牛状超新星。
　　它展示了快速蓝色光学瞬变的多样性，同时仍然支持FBOT的茧超新星突破模型。
　　它表明，即使在所谓的超新星首次发生整整一年后，在大约1天或更短的时间尺度上的快速X射线变化仍然存在。
　　在超新星爆炸后这么长时间里，X射线通量能够保持如此之大的唯一方法是，如果它由一个仍然活跃的中央发动机提供动力，作者推测它可能是一个吸积黑洞或一个极快旋转的、高度磁化的中子星：一个毫秒级的磁星。
　　即使有了这一切，我们也必须哀叹我们缺乏的东西：能够以高分辨率连续监测这样的事件，跨越天空，以各种波长。我们只在低分辨率和低灵敏度下对其光学亮度进行了一系列测量，因为大面积瞬态测量的缺点是它用灵敏度和分辨率换取了速度。我们没有来自初始亮度的X射线数据，因为我们碰巧在初始亮度达到峰值后约35到37天观察到这个区域，并且我们在SRG观测和钱德拉X射线观测之间没有数据：间隔近300天。
　　我们知道X射线发射已经下降，但我们不知道它们是如何衰变的。我们知道AT2018cow事件中同时存在氢和氦，但我们不知道这次事件中是否存在氢和氦，因为现在进行这些关键的后续观察已经为时已晚。我们不知道SRG首次看到的破纪录的X射线发射 - 再次在光学亮度达到峰值一个多月后 - 是否真的代表了真正的发射峰值，或者真的是一个比我们能够观察到的更亮的事件。