科學家們近日探測到超新星殘骸仙后座A中的一種重要的鈦。這一發現是通過美國宇航局的錢德拉X射線天文台發現的，它可能是準確確定一些巨型恆星如何爆炸的一個重要步驟。這項工作是基於錢德拉對一顆名為仙后座A（Cas A）的超新星遺蹟的觀測，它位於我們的銀河系中，距離地球約11000光年。這是已知最年輕的超新星遺蹟之一，其年齡約為350年。

多年來，科學家們一直在努力了解大質量恆星–那些質量超過太陽10倍的恆星–是如何在“耗盡燃料”時爆炸的。這一結果提供了一個寶貴的新線索。

日本立教大學的Toshiki Sato說：”科學家們認為，我們日常生活中使用的大部分鈦–比如電子產品或珠寶–是在大質量恆星的爆炸中產生的，”他領導了刊登在《自然》雜誌上的這項研究。”然而，直到現在，科學家們還從來沒有能夠捕捉到穩定的鈦剛剛被製造出來的那一刻。”

當一顆大質量恆星的核動力源耗盡時，中心會在重力作用下坍縮，並形成一個被稱為中子星的密集恆星核心，或者更少的時候，形成一個黑洞。當中子星產生時，坍塌的大質量恆星的內部會從恆星核心的表面反彈出來，使內爆發生逆轉。

來自這一災難性事件的熱量產生了一個衝擊波–類似於超音速噴氣機的音爆–在註定要毀滅的恆星的其餘部分向外擴散，在途中通過核反應產生新元素。然而，在這個過程的許多計算機模型中，能量很快就損失了，衝擊波向外的旅程停頓下來，阻止了超新星的爆炸。

最近的三維計算機模擬表明，中微子–質量非常低的亞原子粒子–在創造中子星的過程中發揮了關鍵作用，驅動“氣泡”加速離開中子星。這些“氣泡”繼續推動衝擊波前進，以觸發超新星爆炸。

通過對仙后座A的新研究，研究小組發現了這種中微子驅動的爆炸的有力證據。在錢德拉數據中，他們發現指向遠離爆炸點的指狀結構含有鈦和鉻，與之前用錢德拉探測到的鐵碎片相吻合。在核反應中產生這些元素所需的條件，如溫度和密度，與驅動爆炸的模擬中的氣泡相符。

由錢德拉在仙后座A中發現的、由這些模擬預測的鈦是一種穩定的同位素，這意味著其原子所含的中子數量意味著它不會因放射性而變成另一種更輕的元素。此前，天文學家曾使用美國宇航局的NuSTAR望遠鏡在仙后座A的不同位置發現了一種不穩定的鈦同位素。每隔60年，這種鈦同位素的一半左右會轉變為鈧，然後是鈣。

“我們以前從未在超新星遺跡中看到過這種鈦泡的特徵，這個結果只有通過錢德拉令人難以置信的清晰圖像才能實現，”研究共同作者、日本京都大學的前Keiichi Maeda說。”我們的結果是解決這些恆星如何作為超新星爆炸的問題的重要一步。”

“當超新星發生時，鈦碎片在大質量恆星的深處產生。這些碎片穿透了大質量恆星的表面，形成了超新星遺跡仙后座A的邊緣，”共同作者、日本理化學研究所先鋒研究小組的Shigehiro Nagataki說。

這些結果有力地支持了中微子驅動的爆炸的想法，以解釋至少一些超新星。”我們的研究可能是自探測到1987A超新星的中微子以來，探測中微子在大質量恆星爆炸中的作用的最重要的觀測結果，”日本京都大學的Takashi Yoshida說。

天文學家使用了2000年至2018年間從超新星遺跡仙后座A拍攝的超過150萬秒，或超過18天的錢德拉觀測時間。仙后座A中產生的穩定鈦的數量超過了地球的總質量。