创新模型，助力天文学家解锁太空爆炸之谜

就拿几个例子来说，天体物理爆炸是由大质量恒星的铁核坍缩（称为核心坍缩超新星）、大质量黑洞吞噬呈面条状的恒星残骸（此被称为潮汐破坏事件）以及白矮星表面的失控核聚变（称为 1A 型超新星）驱动的。此类爆炸经常发生，不过大多出现在遥远的星系中，直到最近，天文学家才得以深入太空探测到大量此类爆炸，而且还有更多正在发生。

雪城大学艺术与科学学院的物理学助理教授埃里克·考夫林（Eric Coughlin）开发了一种快速模拟这些爆炸以及我们最终看到的光的起源的新方法。他的研究已在《天体物理学杂志快报》上发表。

考夫林说：“有了这种新的理解，我们就能模拟爆炸与周围环境相互作用所产生的辐射，进而能够追踪其随时间的演变。”

多年来，天文学家已经知道大质量恒星何时在自身引力坍缩下死亡。这是因为当它的中心形成中子星时，其坍缩会导致内爆的逆转，从而导致爆炸，产生极其强烈和明亮的爆发——现在称为核心坍缩超新星。那些发生在我们星系（或者其他距离非常近的星系）内的能用肉眼看到，但如今许多超新星每晚以数十颗的速度被现代望远镜探测到。

然而，其他类型的爆炸不太容易被识别，原因是它们距离太远或者迅速变暗。例如，迅速消失的电磁爆发很容易错过，除非我们在正确的时间看向天空中的正确位置。尽管如此，它们释放的能量可以与标准超新星爆炸相当。

考夫林表示：“这些爆炸每天能够释放出数以亿计、数不清的原子弹所具有的能量。”

天文学家一直在探寻有关核心坍缩超新星以及太空中其他发光且快速演变的现象（统称为“瞬变”）的奥秘。

当新形成的中子星“反弹”并逆转恒星的内爆时，核心坍缩超新星就会出现，其冲击波会穿过恒星的最外层。

大量的超新星碎片，也就是抛射物，被吹进了垂死恒星周边的气体里。

抛射物一开始极其炎热，会辐射出大量的光，重原子元素的放射性衰变也对这种辐射有所助力。

抛射物和周围气体之间的相互作用也能够补充——在某些情况下甚至主导——这种辐射，这是因为会产生另外两个冲击波，它们会加速周围的气体，并使向外移动的抛射物减速。

这种受冲击物质形成的“壳层”会随时间向外延展，不仅产生可见光，还会产生无线电辐射，这表明存在因受冲击而被加热的气体。考夫林的模型为追踪这种相互作用产生的壳层的演化提供了一种新方法，该方法可与无线电数据一起用于推断爆炸的特性，例如其能量。

考夫林会将他的模型应用于来自时空遗产巡天（LSST）的相关数据，该巡天由维拉·C·鲁宾天文台开展，此天文台定于明年在智利的安第斯山脉上线运行。鲁宾天文台将对天空进行为期 10 年的研究，这将提供大量的天文数据供天文学家分析，从而对随时间变化的宇宙有新的发现。

鲁宾天文台配备有一台世界级的 8.4 米望远镜以及一个 32 亿像素的相机，这是有史以来为天文学所制造的最大数码相机。

该望远镜每隔三到四个晚上便会对南半球的整个可见天空进行成像，使其能够探测到亮度或方向短暂变化的更远或更暗的物体。

“在接下来的 10 年里，我们将观测数十亿个星系，与此同时，也会观测到数百万个由许多不同现象引起的瞬变现象，”考夫林说。

鲁宾天文台的开放获取数据集将比以往任何数据集更大且更详细。

“作为一名理论天文学家，我试图从这些数据中拼凑出关于那里爆炸现象的一幅连贯画面，”考夫林说。“我将努力理解其中的物理原理，重现这些爆炸事件。”

然而，跨学科研究对早期发现的促进是必要的。

考夫林获得了“Scialog”奖学金。

首届“Scialog”会议将于 11 月在亚利桑那州图森市举行，届时 50 位处于职业生涯早期的科学家——观测天文学家、宇宙学家、理论物理学家、天体物理学家、计算建模师、数据科学家和软件工程师将参会，以建立联系。

“我们谈论的是像拍字节（一百万吉字节）这样的数据，需要进行处理和筛选，”考夫林说。

“我们将把来自不同学科的人聚集在一起，思考如何解决涉及大量数据的问题，或者思考使用这些数据找出新东西的新方法。鲁宾天文台将帮助我们深入了解大质量恒星在发生时的死亡情形，并产生的大量能量。我们最终可能会了解到是什么为其中一些高能事件提供了动力。”