近日，由中国科学院云南天文台研究员张居甲领衔的国际合作团队，成功捕捉到了超新星SN 2024ggi的爆炸激波冲破其外围致密星周物质的壮观瞬间。这一研究成果不仅深化了我们对于超新星激波爆发物理机制的认识，还为揭示恒星晚期演化与死亡之谜提供了新的关键线索。相关论文“从早期闪光光谱的转变探测SN 2024ggi的激波突破信号”（Probing the Shock Breakout Signal of SN 2024ggi from the Transformation of Early Flash Spectroscopy）发表在2024年7月19日的《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。

激波突破是超新星爆发后最早期的电磁辐射事件，它揭示了恒星死亡瞬间的极端物理过程，包括激波的形成、传播及其与恒星表面和周围物质的相互作用，为研究超新星爆炸机制提供了宝贵的线索。通常，激波突破发生的时间非常短暂，仅持续几秒钟或几分钟，因此极难被探测到。然而，对于那些在密集且不透明的星周物质中爆炸的恒星，首批光子需要穿越恒星边缘以外的物质才能逃逸，这使得激波突破的时间延长到了天的量级。这一延长为科学家们提供了捕获激波突破信号并研究相关物理过程的机会。

超新星SN 2024ggi的爆发就提供了这样的机会。这颗超新星位于NGC3621星系，距离地球约2000万光年。研究人员利用云南天文台丽江2.4米望远镜、欧洲南方天文台10米甚大望远镜、意大利伽利略国家天文台3.6米望远镜以及拉斯坎帕纳斯天文台6.5米麦哲伦-巴德望远镜等先进天文设备，在爆炸最初的几十小时内交替对它进行高频光谱监测，成功捕捉到激波突破信号，揭示出SN 2024ggi复杂的激波传播过程。

研究人员在爆发后的13.9至16.2小时内，通过丽江2.4米望远镜的四次光谱观测，发现被激波激化的星周物质维持在相对较低的电离状态。然而，几个小时后，这些物质便达到了相当高的电离状态，伴随着温度的急剧增加以及粒子被高能辐射加速的现象。这些说明激波为星周物质注入了大量的能量，并逐渐突破其阻碍。值得注意的是，电离态在达到峰值后的9个小时内出现了波动，表明激波突破时遇到的物质结构远比理论模型预期的复杂。基于这些激波信号，研究人员精确计算出激波突破的时间和区域，并对星周物质的密度及分布进行了科学的测算。

通过捕获这颗超新星激波突破信号，研究人员得以窥探它的前身星在最后阶段的演化，为揭开恒星死亡之谜提供了宝贵的数据。这项研究不仅帮助天文学家们更好地理解超新星爆发的初期过程以及激波在非对称的星周物质中的传播特性，还进一步提升了我们对恒星演化和超新星爆发事件的整体认识。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国载人航天工程、云南省“兴滇英才”计划、云南省科技计划、中国科学院“西部青年学者”以及国际超新星中心等的资助。

论文链接

图1. 左：SN 2024ggi激波突破艺术想象图（由AI画图软件Midjourney生成）；右：SN 2024ggi和宿主星系NGC 3621实测图（由丽江2.4米望远镜三色成像合成）

图2. SN 2024ggi光谱监测以及主要光谱特征演化。（a）国际联测获得的光谱演化序列；（b）通过电离发射线演化揭示电离态上升、波段和下降过程；（c）通过Hα窄发射线移动和展宽揭示星周物质被加速的过程