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HSE 天体物理学家解释如何寻找超新星

今天检测到与伽马射线爆发相关的超新星的几率是 0.00346%。HSE 的科学家们找到了如何让这样的发现更加频繁。不同地理坐标的多个望远镜网络、光度滤波器中的数据验证以及考虑到发生爆发的星系特征的图像分析将有助于发现更多超新星。

该研究发表在《模式识别与图像分析》杂志上。伽马射线爆发是宇宙中最强大的耀斑，它在伽马范围内释放大量能量。爆发的活跃阶段可持续不到一秒，但释放的能量比太阳数十亿年的能量还要多。1967 年，美国秘密卫星 Vela 发出伽马射线信号时，意外发现了这些爆发。这颗卫星是为了追踪苏联和英国大气层中的核爆炸而发射的，但令观察者惊讶的是，该信号并非来自地球，而是来自太空。

伽马射线暴通常发生在距地球相当远的地方，不会构成直接威胁。然而，如果这样的爆发发生在我们的银河系附近，保护我们免受危险辐射的臭氧层将被破坏，使所有生命都暴露在有害的宇宙辐射之下。这样的灾难将导致生物体的灭绝。因此，天体物理学家继续研究这种现象及其可能的后果，以便更好地理解和评估潜在的风险。

爆发背后的确切机制尚不完全清楚，但一种理论认为，其中一些爆发是在塌陷引起的超新星爆炸之后出现的。塌缩是质量为太阳 8 至 10 倍的恒星演化的一个阶段，此时它耗尽了“核燃料”的供应并不再抵抗引力压缩。因此，其核心的密度变得极高，并发生爆炸，称为超新星。爆炸过程中，大量物质以每秒数百公里的速度喷射到太空中。这会产生与环境碰撞并引起伽马辐射的粒子流。

伽马射线暴 GRB 201015A 的天文图像。此次激增发生于 2020 年 10 月 15 日。左图显示了 10 天后伽马射线暴本身应该熄灭的定位区域。在 11 月的图像中（中间和右侧），光源（以红色突出显示）逐渐消失，科学家由此得出结论，一颗超新星就在他们前面，并且爆发与之相关 。

与此同时，超新星爆炸本身比它产生的伽马射线爆发更不引人注目。尽管天体物理学家到 2023 年已经记录到约 1.3 万次伽马射线爆发，但只有 45 次被证明与超新星有关。但事实上，此类爆发的数量可能更高。高等经济学院的天体物理学家分析了检测到超新星时可能发生的错误和选择性效应，并描述了如何将其最小化。

研究伽马射线爆发的过程如下：空间天文台的仪器（Swift、Fermi、INTEGRAL）记录伽马辐射，并将其坐标传输到地球。之后，确定红移 - 一个表征到观测源距离的参数。如果偏移量小于或等于0.5，那么伽马射线暴很可能是由超新星引起的，应该组织观测。

超新星出现在图像中的时间较晚，即伽马射线爆发后的第 5 至 20 天。有一些限制可能会阻止其被检测到，例如，如果源距离地球太远。

“如果伽马射线爆发比作灯笼，那么超新星就像蜡烛。它向各个方向“喷射”能量，因此它无法像伽马射线爆发那样发光，伽马射线爆发向一个方向发射光束，”该文章的作者谢尔盖·贝尔金（Sergey Belkin）解释道，他是太空基础系的研究生俄罗斯科学院空间研究所物理系、高等经济学院物理系。“如果发现红移相对较大，并且我们可以观察到伽马射线爆发，那么这种情况下的超新星可能会被忽视。”

科学家们指出，如果它所在的星系太亮并且比超新星更亮，或者相反，它的尘埃太多以至于吸收和/或散射它的光，它也会阻止看到超新星。

“继续打个比方，这就像拿着蜡烛或手电筒在雾中行走一样。谢尔盖·贝尔金说，如果一个人拿着蜡烛走路，就会更难看到他，因为光线会被吸收和散射，而拿着手电筒的人更容易被看到。“因此，如果母星系中的超新星在特定的滤光片中不可见，那么在其他光度滤光片中观察源是有意义的。它们对光的吸收可以较低，这使得分离超新星成为可能。”

激增发生的具体地点也很重要。如果在距离银河系中心较远的臂部观测到超新星，那么探测到超新星的机会将比在其核心附近更高。如果在伽马射线暴和相关超新星完全消失后再观察宿主星系几天，这个问题就可以解决。然后将已经安静的星系的图像与活跃超新星阶段获得的图像相关联，并删除该星系作为背景。星系本身将消失，并且在其核心附近将观察到超新星。

在地球上，恶劣的天气条件可能会阻碍研究。为了确保风、湿度、降雨和云层不会干扰观测，研究人员建议在不同地理纬度和经度组织一个单一的观测网络。

“我们需要一个由分布在世界各地的多台望远镜组成的运行良好的网络。我们希望在各国同事的帮助下，这将成为可能。”文章作者、俄罗斯科学院物理学院空间研究所空间物理基础部副教授解释道。阿列克谢·波扎年科高等经济学院。“我们鼓励您更详细地研究从一般系列中脱颖而出的每个案例，即使最初看起来并不重要。”