SN 2023ixf激波突破艺术图。喻京川/绘

■本报记者 张楠

距离地球“只有”大约2200万光年的超新星SN 2023ixf爆发。也许这颗超新星不是浩渺宇宙中最独特的星体，但它是近10年来离我们最近的超新星之一，因此其爆发对地球上的科学家意义重大。

通过观测这次爆发，科研人员获得了一批突破性成果。其中，清华大学物理系教授王晓锋带领团队，与国内外天文爱好者密切协作，首次提取并分析了超新星爆发后约1小时的多色测光数据，见证了极早期激波辐射由红变蓝的奇特现象，为揭开超巨星死亡之谜提供了全新线索。相关研究成果近日在线发表于《自然》。

空白：恒星的死亡瞬间

论文通讯作者王晓锋告诉《中国科学报》，超巨星是质量最大的恒星，按颜色波段可分为蓝超巨星、黄超巨星、红超巨星。大质量恒星演化到生命末期时，通常会产生核心坍缩爆发，成为超新星，不再保持压力和重力的平衡。这个过程引发的激波迅速突破恒星外层，并产生短暂的强烈辐射，瞬时辐射产生的温度可以达到10万开尔文。

这一极早期信号，是激波穿透濒死恒星的躯壳并记录沿途复杂物理过程的“旅行日志”，携带了激波传播、超新星爆发几何性质及周围环境等关键信息。

然而，高速的激波在短短几个小时内就会耗散。此前的观测记录都始于恒星死亡后四五个小时左右，且仅限于单色，基本都是温度非常高的蓝色激波。

“只有得到不同波段的信息，并通过比对，才能得到更多信息。”王晓锋解释道，“也就是说，我们对恒星死亡这一瞬间的了解仍是空白。”

此次研究涉及的SN 2023ixf，是迄今最亮的超新星之一。其所在的M101星系是著名的风车星系，12年前曾经爆发过一颗明亮的超新星，其漂亮的造型，成为国内外天文爱好者拍摄的目标。

非常近、特别亮，意味着天文爱好者用小口径望远镜也能够探测到这次爆发事件。

思路：反向操作

事实上，在这次超新星爆发的前一天，就有爱好者对准星系开始拍照了。为了把图像拍得更漂亮，他们往往要连续拍几个小时，再把图像叠加起来，才能得到特别清晰的图像。

专业机构使用的黑白相机一般通过按时更换滤波片分别收集单色波段信息，因此会产生延迟。而天文爱好者使用的RGGB彩色相机，虽然能同时收集多波段信息，但流量定标较为困难。因此，研究人员意识到，如果能够解决业余相机的流量定标问题，他们将能通过这些彩色图片分析出一颗大质量恒星死亡后的极早期信息。

于是，王晓锋在组织团队开启后续观测的同时，广泛联系国内外天文爱好者，获得了覆盖超新星爆发前后的彩色图像。

“彩色相机中有红色R、绿色G、蓝色B等颜色通道，拿到彩色图像后，我们反其道而行之，将各颜色波段的信息独立抽取出来，再进行精细的流量定标、颜色比对，得到了可靠的SN 2023ixf极早期多色测光数据。”王晓锋说。

不过，研究团队面临的一个现实情况是，爱好者的数据有一大部分是在网络上公开发布的，所以国外学者也在争分夺秒地开展相关研究，竞争很激烈。

研究团队与时间赛跑，反复分析数据、调整模型、修改论文，结束一天工作时，常常已经凌晨两三点了。他们在超新星爆发后的50天左右，同时完成了3篇论文的投稿，除上述成果，团队还针对该超新星爆发产生的早期电离光谱进行了分析，相关研究发表于《科学通报》；探讨了SN 2023ixf前身星，相关研究发表于《中国科学：物理学 力学 天文学》。

颠覆：“死亡”激波先红后蓝

上述前所未见的彩色影像及后续观测图像，揭示了一颗约8500万倍太阳体积的红超巨星形成超新星SN 2023ixf爆发的全过程。

颇为颠覆的是，多波段观测清晰展示了超新星爆发极早期，红色激波破茧而出，经过约2小时后逐渐转变为蓝色激波的过程。而在传统理论预期中，恒星死亡瞬间伴随的是蓝色激波突破。

研究团队认为，由红转蓝的渐变激波，预示了这颗红超巨星濒死时，周围包裹着厚厚的尘埃壳，如一层蚕茧。随恒星死亡产生的红色激波迅速外传，这些尘埃被携带超高能量的激波在数小时内悉数瓦解，随后，激波转变为超高温的蓝色激波。

该研究中关于尘埃壳的推测，与哈勃空间望远镜等其他望远镜拍到的图像吻合。

由红转蓝的激波突破，揭开了笼罩濒死恒星的一层浓厚的尘埃面纱。这一发现，显著推进了人们对大质量恒星晚期演化和死亡这一宇宙中普遍而神秘景象的认知。

值得一提的是，此次研究中不可或缺的极早期彩色图像，至少有一半出自国内天文爱好者之手。“听说要一起‘整’个大新闻，大家特别激动，都很支持。”王晓锋对我国民众科学素养的提升十分感慨。

“将各波段信息从彩色图像中提取出来没有太大的技术难度，花几天时间写个代码就能实现，就像捅破一层窗户纸。”因此，王晓锋希望这种分析思路，以及研究人员与爱好者密切协作的探索氛围，能将天文领域研究推进一大步，同时激发社会公众更广泛、深入地了解科学、参与科学研究。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06843-6