7 月 20 日消息，美国国家航空航天局（NASA）的南希・格蕾丝・罗曼太空望远镜🔭（以下简称“罗曼”）即将于 2027 年 5 月前发射升空，据最新研究预测，罗曼在执行高纬度时域巡天观测计划期间，有望发现多达 10 万次强大的宇宙爆炸事件，这些事件将为科学家们解开诸多宇宙谜团提供关键线索。
据 了解，罗曼将观测到的宇宙爆炸事件包括超新星爆发、千新星爆发以及超大质量黑洞进食时产生的“喷发”等。超新星爆发是大质量恒星死亡的信号，而千新星爆发则发生在两颗极端的中子星相撞时。此外，罗曼甚至可能探测到宇宙第一代恒星的爆炸性毁灭。这些爆炸事件对于研究宇宙的演化历程至关重要。
“无论你想探索暗能量、濒死恒星、星系引擎，还是可能我们从未见过的全新事物，这项巡天观测都将是宝藏。”研究团队负责人、贝勒大学助理教授本杰明・罗斯（Benjamin Rose）表示。
罗曼的高纬度时域巡天计划将通过每五天扫描同一片广阔太空区域一次，持续两年，来捕捉这些爆炸事件。这些观测数据将被整合成“宇宙电影”，展示各种宇宙爆炸的全过程。其中，Ia 型超新星爆发尤为引人关注。这种爆发发生在白矮星吞噬伴星物质后发生爆炸，其光度和峰值亮度极为规律，因此被天文学家称为“标准烛光”，可用于测量宇宙距离。新研究模拟了罗曼的整个高纬度时域巡天计划，预计其将发现多达 2.7 万颗新的 Ia 型超新星，这一数量是以往所有观测计划总和的 10 倍。
通过观测不同距离的“标准烛光”，天文学家可以回溯宇宙的历史，从而确定宇宙在不同时期的膨胀速度。大量 Ia 型超新星的发现将有助于揭示暗能量的秘密，暗能量是一种神秘的力量，被认为是导致宇宙加速膨胀的原因。近期，暗能量光谱仪（DESI）的研究发现暗能量可能随着时间的推移而减弱，而罗曼的观测数据将进一步验证这一发现。
“填补这些数据空白也将填补我们对暗能量理解的空白。”罗斯解释道，“越来越多的证据表明，暗能量随时间发生了变化，而罗曼将通过探索宇宙历史的方式，帮助我们理解这种变化，这是其他望远镜🔭无法做到的。”
研究团队还预测，罗曼探测到的 10 万次宇宙爆炸中，约有 6 万次将是所谓的“核心塌缩超新星”。这种超新星爆发发生在质量至少是太阳 8 倍的大质量恒星耗尽核燃料后，无法抵抗引力坍缩。当这些恒星的核心迅速坍缩时，外层物质被抛射出去，形成超新星爆发。这些爆发将恒星内部锻造的元素散布到宇宙中，成为下一代恒星、行星乃至生命体的基石。核心塌缩超新星爆发后会留下中子星或黑洞，具体取决于原恒星的质量。
虽然核心塌缩超新星无法像 Ia 型超新星那样帮助科学家解开暗能量之谜，但它们可以讲述恒星的生与死。研究团队成员、NASA 戈达德太空飞行中心的雷贝卡・霍恩塞尔（Rebekah Hounsell）表示：“通过观察天体光强随时间的变化，并将其分解为光谱 —— 不同颜色的光谱带有天体发出光的信息 —— 我们可以区分罗曼看到的所有不同类型的闪光。通过我们创建的数据集，科学家可以训练机器学习算法来区分不同类型的天体，并在罗曼海量的数据中找到它们。”
“在寻找 Ia 型超新星的过程中，罗曼会收集到大量的宇宙‘副产品’—— 对一些科学家来说没有用处的其他现象，但对其他科学家来说却极为珍贵。”霍恩塞尔补充道。
罗曼还有望探测到更为稀有的宇宙事件，例如黑洞吞噬不幸靠近的恒星。在潮汐破坏事件（TDEs）中，恒星被黑洞的巨大引力撕裂，尽管大部分恒星物质被黑洞吞噬，但黑洞“进食”时会喷出大量接近光速的物质。这些物质喷流以及围绕黑洞形成的吸积盘会发出全电磁谱的辐射☢️。研究团队预测，罗曼的高纬度时域巡天计划将发现约 40 起这样的恒星毁灭事件。
比 TDEs 更为罕见的是千新星爆发。这种爆发发生在两颗中子星相撞并合并时。研究团队估计，罗曼可能会发现约 5 起新的千新星爆发。虽然数量不多，但这些观测对于理解贵金属如金、银的起源至关重要。尽管大多数元素是在恒星内部形成的，但恒星内部的压力和温度无法形成比铁更重的元素。中子星碰撞产生的极端环境被认为是宇宙中唯一能够形成金、银和钚等元素的地方。这些元素最初以更重的不稳定元素形式存在，它们迅速衰变并释放出千新星爆发时看到的光。因此，研究千新星的光对于理解这一过程至关重要。
千新星的研究还可以帮助确定中子星合并后形成的天体类型。这可能是一个迅速坍缩成黑洞的大型中子星，一个立即形成的黑洞，或者某种全新的、尚未被想象的天体。迄今为止，天文学家只确认了一起千新星爆发，因此再发现五起将是科学上的巨大收获。
罗曼可能得到的最令人兴奋的宇宙爆炸发现之一是观测到宇宙第一代恒星的奇特爆炸性死亡。目前理论认为，这些早期的大质量恒星可能以与现代恒星不同的方式死亡。与上述核心塌缩不同，第一代恒星内的伽马射线可能产生电子 - 正电子对。这些粒子会在恒星内相互湮灭并释放能量，导致恒星自我爆炸，这种爆炸被称为“对不稳定超新星（pair-instability supernovae）”。
这些爆炸如此强大，以至于据推测它们不会留下任何东西，除了恒星一生中生成的元素的痕迹。迄今为止，天文学家已经发现了数十个对不稳定超新星的候选者，但尚未得到确认。研究团队的模拟表明，罗曼可能会发现多达 10 起确认的对不稳定超新星。
“我认为罗曼将首次确认发现对不稳定超新星。”罗斯说，“它们非常遥远且极为罕见，因此你需要一台能够在近红外光下对大片天空进行深度曝光的望远镜🔭，而罗曼正是这样的望远镜🔭。”
研究团队计划进一步模拟罗曼对宇宙的研究，这可能表明其有能力发现更广泛的强大而暴力事件，甚至可能是一些尚未被理论化的事件。
“罗曼将在太空中发现许多奇怪而奇妙的事物，包括我们尚未想到的。”霍恩塞尔总结道，“我们绝对期待着意外的发现。”
该研究于 7 月 15 日发表在《天体物理学杂志》上。
