广义相对论再立功：“宇宙烟花” I 型超亮超新星背后能量引擎新见解

3 月 14 日消息，科技媒体 Ars Technica 今天（3 月 14 日）发布博文，报道称最新研究揭示了 I 型超亮超新星（Type I superluminous supernovae）背后的能量引擎。

注：I 型超亮超新星是宇宙中最明亮的爆炸事件之一，其亮度远超普通超新星。通俗解释就是大质量恒星死亡时引发的“超级烟花”，亮度极其夸张。

天文学界对于这类爆炸，多年来普遍认为是由磁星（一种快速旋转且具有超强磁场的中子星）驱动，不过按照传统模型预测，超新星的光度应平滑衰减，但实际观测中却常出现难以解释的闪烁、凸起和波动。科学家此前只能用恒星碎片随机碰撞等需要极度微调参数的假说来勉强解释。

转折点出现在对超新星 SN 2024afav 的观测上。天文望远镜不仅捕捉到了光度波动，还发现了一个史无前例的“啁啾”信号 —— 光度凸起之间的间隔正在规律性地缩短，降幅先后达到 35% 和 29%。

加州大学圣巴巴拉分校天体物理学家 Joseph Farah 及其团队据此精准预测了后续波动的出现时间，从而彻底推翻了“太空垃圾随机碰撞”的传统假说。团队意识到，这种完美的正弦波调制必须由一种全新的物理机制来解释。

研究团队引入了广义相对论中的“伦斯-蒂林效应”（即参考系拖曳）。当一颗质量巨大且自转极快的新生磁星形成时，它会像在糖浆中旋转的保龄球一样，剧烈扭曲并拖拽周围的时空。

与此同时，未能逃逸的恒星物质在磁星周围形成了一个倾斜的吸积盘。在这个被扭曲的时空中，倾斜的吸积盘就像一个旋转变慢的陀螺一样发生进动（摇晃）。

这个摇晃的吸积盘充当了巨大的“宇宙灯罩”，周期性地遮挡或重定向磁星发出的强烈辐射。随着恒星碎片耗尽，吸积盘因压力失衡而缩小，并向磁星坠落。

Farah 解释称，就像花样滑冰运动员收拢双臂会加速旋转一样，吸积盘越靠近磁星，受到的时空拖拽就越强，摇晃速度也越快，最终导致了观测到的“啁啾”现象。通过逆向计算，团队确认这颗磁星的自转周期仅为 4.2 毫秒。

这个优雅的“磁星 + 参考系拖曳”统一模型目前已经成功解释了多起历史超新星事件的档案数据，解决了以往多种假说互相排斥的僵局。Farah 表示，关于吸积盘的形成与光线传播机制仍有待完善。

参考

Lense–Thirring precessing magnetar engine drives a superluminous supernova