一個天文學家小組首次對一顆紅超巨星到達其生命盡頭的過程進行了實時成像。他們看著這顆恆星最後爆炸成為一顆超新星。他們的觀察結果與之前對紅超巨星在爆炸前的行為的思考相矛盾。

一個天文學家小組通過夏威夷的兩個天文台的“眼睛”觀察了這一戲劇性事件的發生：位於毛伊島哈雷阿卡拉的Pan-STARRS和位於夏威夷島茂納克亞的WM凱克天文台。他們的觀測是年輕超新星實驗（YSE）瞬態調查的一部分。他們在超新星引爆前的最後130天裡觀察了這個名為SN 2020tlf的超新星爆炸。

介紹這一發現的論文發表在《天體物理學雜誌》上，主要作者是加州大學伯克利分校的國家科學基金會研究生研究人員Wynn Jacobson-Galan。

Jacobson-Galán在一份新聞稿中說：“這是我們對大質量恆星在死亡前一刻所做事情的理解上的一個突破。直接探測到紅超巨星的超新星前活動，以前從未在普通的II型超新星中觀察到。我們第一次觀看了一顆紅超巨星的爆炸！”

這一發現可以追溯到2020年的夏天。當時，這顆恆星經歷了一次亮度的急劇上升。Pan-STARRS探測到了這一增亮，當秋天到來時，這顆恆星爆炸了，成為SN 2020tlf。這顆超新星是一顆II型超新星，一顆巨大的恆星經歷了快速坍縮，然後爆炸。

研究小組利用凱克天文台的低分辨率成像光譜儀（LRIS）捕捉到了這顆超新星的第一個光譜。LRIS的數據顯示，當這顆恆星爆炸時，它周圍有環狀物質。這些物質很可能是Pan-STARRS在該星爆炸前的夏天看到的噴射物。

高級作者、加州大學伯克利分校天文學副教授Raffaella Margutti說：“Keck在提供一顆大質量恆星過渡到超新星爆炸的直接證據方面發揮了作用。這就像在看一顆滴答作響的定時炸彈。我們從來沒有證實過在一顆垂死的紅超巨星中發生如此劇烈的活動，我們看到它產生瞭如此明亮的發射，然後坍塌和燃燒，直到現在。”

爆炸之後，研究小組轉向其他Keck儀器繼續觀察。來自深部成像和多目標光譜儀（DEIMOS）和近紅外埃切萊特光譜儀（NIRES）的數據顯示，這顆恆星的質量是太陽的10倍以上。這顆恆星位於大約1.2億光年外的NGC 5731星系中。

該研究小組的觀察導致了對II型超新星及其原生星的一些新認識。在這些觀測之前，沒有人見過紅超巨星顯示出如此尖銳的亮度，並在爆炸前經歷瞭如此強大的噴發。它們在最後的日子裡要平靜得多，彷彿“接受了自己的命運”。

紅超巨星在核心坍縮前會噴射出物質。但是這種物質噴出的時間尺度要比SN 2020tlf長得多。這顆超新星在坍縮前的130天內發射了環星物質（CSM），這讓它成為了一個謎。這顆恆星爆炸前的明亮閃光與噴出的CSM有一定的關係，但研究小組並不確定它們是如何相互作用的。

这颗恒星在崩塌前的显著变化令人费解。该恒星在爆炸前发出的强大光爆表明，在其内部结构中发生了一些未知的事情。不管这些变化是什么，它们导致了在恒星坍缩和爆炸前的巨大气体喷出。

在他們的論文中，作者們討論了可能導致氣體噴出的原因。一種可能性是波浪驅動的質量損失，它發生在恆星演化的後期階段。他們寫道：“……在自爆前的最後幾年，氧氣或氖氣燃燒激發的引力波可以使能量注入恆星外層，導致膨脹的包層或爆發性質量損失事件的發生。但是目前的波浪驅動模型並不符合原生星噴射氣體的情況。它們與原生星最後130天的半徑一致，但與發光體的爆發不一致。”

在他們論文的結論中，作者簡明扼要地總結了事情：“考慮到從星雲光譜中得出的恆星質量範圍，增強的質量損失和前體發射很可能是深深紮根於恆星內部的不穩定性的結果，很可能與最後的核燃燒階段有關。在氖/氧燃燒階段產生的引力波或恆星最後130天的矽閃光所產生的能量沉積，可能將恆星物質噴射出來，然後在爆炸前的通量和早期超新星光譜中檢測到。”

如果有一顆超新星有這樣的表現，那麼肯定還有更多。該小組的發現意味著像年輕超新星實驗瞬態調查這樣的調查現在有了一種方法，可以在未來找到更多的超新星。如果調查發現更多的恆星噴射出像這樣的物質，那麼他們就知道要密切關注它，看看它是否會坍縮和爆炸。

Jacobson-Galán說：“我最興奮的是這次發現所揭開的所有新的’未知數’。探測更多像SN 2020tlf這樣的事件將極大地影響我們如何定義恆星演化的最後幾個月，使觀察家和理論家聯合起來，尋求解決大質量恆星如何度過其生命的最後時刻的奧秘。”