有颗恒星爆炸了：但科学家好像并不相信他们看到了什么

出现在风车星系内的一颗超新星让天文学家倍感困惑。

风车星系（M101）和出现在这个星系内的超新星SN 2023ixf（黄圈内）。Hiramatsu / Sebastian Gomez (STScI)

2023年，在与银河系相邻的一个星系内，出现了一颗超新星。天文学家如获至宝，因为他们现在有机会检验他们的理论了。但是当他们指挥费米伽马射线太空望远镜观测这颗超新星后，却没有看到他们以为理所当然应该看到的东西。

这颗被命名为SN 2023ixf的超新星，出现在距地球约2200万光年的大熊座风车星系M101内。它是费米望远镜 2008年升空后，出现在邻近宇宙中的最亮超新星。

理论上超新星爆发会产生大量粒子，并被加速到近光速，形成所谓的宇宙射线。宇宙射线与超新星附近的物质相互作用会产生伽马射线。但是费米望远镜盯着那里看了一个月后却几乎什么也没有发现。

伽马射线本质上与可见光一样是一种电磁波，是由光子组成的。而每天都在轰击地球的宇宙射线是一种粒子流，主要由氢原子核（90%）、电子以及其他原子核组成。科学家一直都不知道宇宙中究竟是什么在产生宇宙射线。由于这些粒子是带电的，在来到地球的遥远路途中，它们容易因为从磁场附近经过而发生偏转，因此就很难直接追溯其来源。

幸好宇宙射线会在与环境相互影响的过程中产生伽马射线。而伽马射线不受磁场影响，它们会沿着直线抵达地球。因此人们想到，可以通过监测伽马射线，来判断宇宙射线的来源。

而超新星，是研究宇宙射线的天体物理学家一直以来的热门研究对象。因为超新星爆发时，其内核的坍缩会产生冲击波，可以将粒子加速到近光速。它们的周边环境也很复杂，扩张的碎片云会存在至少数万年。被加速的粒子与超新星周边的物质碰撞后会产生大量的伽马射线，能够被较为容易地探测到。

理论上，超新星能够把它所有能量的10%用在加速宇宙射线上。而这能够通过监测其间接产生的伽马射线来加以验证。但是这次费米望远镜却几乎一无所获。研究人员基于观测数据的计算结果显示，SN 2023ixf爆发后几天内这种能量的转化率最多只有1%。

这让人感到颇为蹊跷。因为费米伽马射线太空望远镜是迄今为止最灵敏的伽马射线探测装置。所以如果连它都探测不到，那么一定有什么地方出了问题。

研究人员正在假设各种可能的情形，试图解释这一出人意料的结果。或许这颗超新星的周边环境有其独特之处，也有可能这颗超新星本身就与众不同。除此之外，还有其他可能吗？

参考

NASA’s Fermi Mission Sees No Gamma Rays from Nearby Supernova

https://science.nasa.gov/missions/fermi/nasas-fermi-mission-sees-no-gamma-rays-from-nearby-supernova/

Early-time gamma-ray constraints on cosmic-ray acceleration in the core-collapse SN 2023ixf with the Fermi Large Area Telescope

https://arxiv.org/abs/2404.10487

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