創新模型，助力天文學家解鎖太空爆炸之謎

就拿幾個例子來說，天體物理爆炸是由大質量恆星的鐵核坍縮（稱爲核心坍縮超新星）、大質量黑洞吞噬呈麪條狀的恆星殘骸（此被稱爲潮汐破壞事件）以及白矮星表面的失控核聚變（稱爲 1A 型超新星）驅動的。此類爆炸經常發生，不過大多出現在遙遠的星系中，直到最近，天文學家才得以深入太空探測到大量此類爆炸，而且還有更多正在發生。

雪城大學藝術與科學學院的物理學助理教授埃裡克·考夫林（Eric Coughlin）開發了一種快速模擬這些爆炸以及我們最終看到的光的起源的新方法。他的研究已在《天體物理學雜誌快報》上發表。

考夫林說：“有了這種新的理解，我們就能模擬爆炸與周圍環境相互作用所產生的輻射，進而能夠追蹤其隨時間的演變。”

多年來，天文學家已經知道大質量恆星何時在自身引力坍縮下死亡。這是因爲當它的中心形成中子星時，其坍縮會導致內爆的逆轉，從而導致爆炸，產生極其強烈和明亮的爆發——現在稱爲核心坍縮超新星。那些發生在我們星系（或者其他距離非常近的星系）內的能用肉眼看到，但如今許多超新星每晚以數十顆的速度被現代望遠鏡探測到。

然而，其他類型的爆炸不太容易被識別，原因是它們距離太遠或者迅速變暗。例如，迅速消失的電磁爆發很容易錯過，除非我們在正確的時間看向天空中的正確位置。儘管如此，它們釋放的能量可以與標準超新星爆炸相當。

考夫林表示：“這些爆炸每天能夠釋放出數以億計、數不清的原子彈所具有的能量。”

天文學家一直在探尋有關核心坍縮超新星以及太空中其他發光且快速演變的現象（統稱爲“瞬變”）的奧秘。

當新形成的中子星“反彈”並逆轉恆星的內爆時，核心坍縮超新星就會出現，其衝擊波會穿過恆星的最外層。

大量的超新星碎片，也就是拋射物，被吹進了垂死恆星周邊的氣體裡。

拋射物一開始極其炎熱，會輻射出大量的光，重原子元素的放射性衰變也對這種輻射有所助力。

拋射物和周圍氣體之間的相互作用也能夠補充——在某些情況下甚至主導——這種輻射，這是因爲會產生另外兩個衝擊波，它們會加速周圍的氣體，並使向外移動的拋射物減速。

這種受衝擊物質形成的“殼層”會隨時間向外延展，不僅產生可見光，還會產生無線電輻射，這表明存在因受衝擊而被加熱的氣體。考夫林的模型爲追蹤這種相互作用產生的殼層的演化提供了一種新方法，該方法可與無線電數據一起用於推斷爆炸的特性，例如其能量。

考夫林會將他的模型應用於來自時空遺產巡天（LSST）的相關數據，該巡天由維拉·C·魯賓天文臺開展，此天文臺定於明年在智利的安第斯山脈上線運行。魯賓天文臺將對天空進行爲期 10 年的研究，這將提供大量的天文數據供天文學家分析，從而對隨時間變化的宇宙有新的發現。

魯賓天文臺配備有一臺世界級的 8.4 米望遠鏡以及一個 32 億像素的相機，這是有史以來爲天文學所製造的最大數碼相機。

該望遠鏡每隔三到四個晚上便會對南半球的整個可見天空進行成像，使其能夠探測到亮度或方向短暫變化的更遠或更暗的物體。

“在接下來的 10 年裡，我們將觀測數十億個星系，與此同時，也會觀測到數百萬個由許多不同現象引起的瞬變現象，”考夫林說。

魯賓天文臺的開放獲取數據集將比以往任何數據集更大且更詳細。

“作爲一名理論天文學家，我試圖從這些數據中拼湊出關於那裡爆炸現象的一幅連貫畫面，”考夫林說。“我將努力理解其中的物理原理，重現這些爆炸事件。”

然而，跨學科研究對早期發現的促進是必要的。

考夫林獲得了“Scialog”獎學金。

首屆“Scialog”會議將於 11 月在亞利桑那州圖森市舉行，屆時 50 位處於職業生涯早期的科學家——觀測天文學家、宇宙學家、理論物理學家、天體物理學家、計算建模師、數據科學家和軟件工程師將參會，以建立聯繫。

“我們談論的是像拍字節（一百萬吉字節）這樣的數據，需要進行處理和篩選，”考夫林說。

“我們將把來自不同學科的人聚集在一起，思考如何解決涉及大量數據的問題，或者思考使用這些數據找出新東西的新方法。魯賓天文臺將幫助我們深入瞭解大質量恆星在發生時的死亡情形，併產生的大量能量。我們最終可能會了解到是什麼爲其中一些高能事件提供了動力。”