创新模型为天文学家分析强大的太空爆炸提供了新方法

举几个例子，天体物理爆炸是由大质量恒星铁核的坍缩(称为核心坍缩超新星)、大质量黑洞吞噬面条状恒星残骸(称为潮汐瓦解事件)以及白矮星表面的失控核聚变(称为 1A 型超新星)引起的。此类爆炸经常发生，但最常发生在遥远的星系中，直到最近，天文学家才能够深入太空，大量探测到此类爆炸，而且还有更多爆炸正在发生。

雪城大学艺术与科学学院物理学助理教授埃里克·考夫林开发了一种新颖的方法，可以快速模拟这些爆炸以及我们最终看到的光的起源。他的研究成果发表在《天体物理学杂志快报》上。

考夫林说：“凭借这一新认识，我们可以模拟爆炸与周围环境相互作用产生的辐射，从而追踪其随时间的演变。”

多年来，天文学家已经知道巨星何时会因自身引力坍缩而死亡。这是因为其坍缩会导致内爆的逆转，因为中子星在其中心形成，从而引发爆炸，产生极其强烈和明亮的爆发——现在被称为核心坍缩超新星。我们星系内(或其他非常近的星系)发生的超新星可以用肉眼看到，但如今现代望远镜以每晚数十颗的速度探测到许多超新星。

然而，其他类型的爆炸不太容易识别，因为它们距离太远或变暗太快。例如，除非我们在正确的时间观察天空中的正确位置，否则很容易错过快速消散的电磁爆发。尽管如此，它们可以释放出与标准超新星爆炸相当的能量。

“这些爆炸每天可以释放出相当于数十亿颗原子弹的能量，”考夫林说。“这种瞬态高能事件在宇宙中一直在发生。”

天文学家寻求有关核心坍缩超新星和其他发光、快速演化的太空现象(统称为“瞬变”)的发现。考夫林的新模型将有助于这一研究。

当新形成的中子星“反弹”并逆转恒星内爆时，就会发生核心坍缩超新星，从而产生冲击波穿过恒星的最外层。大量的超新星碎片(或喷出物)被吹入垂死恒星周围的气体中。

喷出物最初非常热，辐射出大量光，重原子元素的放射性衰变也有助于辐射。喷出物与周围气体之间的相互作用也可以补充(在某些情况下是主导)这种辐射，因为会产生两个额外的冲击波，加速周围气体并减慢向外移动的喷出物的速度。

这种冲击物质的“壳”会随着时间的推移向外扩展，不仅产生可见光，还会产生无线电辐射，表明存在冲击加热气体。考夫林的模型提供了一种追踪通过这种相互作用产生的壳层演变的新方法，该方法可以与无线电数据一起使用来推断爆炸的属性，例如其能量。

考夫林将把他的模型应用于维拉·C·鲁宾天文台进行的“遗留空间与时间调查”(LSST)的数据，该天文台将于明年在智利安第斯山脉投入使用。鲁宾天文台将对天空进行为期 10 年的研究，并将提供大量天文数据，供天文学家分析，从而对时间依赖的宇宙产生新的发现。

鲁宾天文台拥有一台世界一流的 8.4 米望远镜和一台 32 亿像素的相机，这是迄今为止天文学领域最大的数码相机。

该望远镜将每隔三到四个晚上对南半球的整个可见天空进行成像，从而能够探测到亮度或方向短暂变化的较远或较暗的物体。

考夫林说：“未来 10 年，我们将观测数十亿个星系，相应地，还将观测数百万个由各种不同现象引起的瞬变事件。”

鲁宾天文台的开放获取数据集将比之前的任何数据集更大、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一幅连贯的爆炸现象图景，”考夫林说。“我将努力理解其中的物理原理，以重现这些爆炸事件。”

然而，需要跨学科研究来激发早期发现。

考夫林获得了“Scialog”奖学金。第一届 Scialog 会议将于 11 月在亚利桑那州图森举行，旨在建立 50 名早期职业科学家之间的联系：观测天文学家、宇宙学家、理论物理学家和天体物理学家、计算建模者、数据科学家和软件工程师。

Scialog 参与者计划通过催化合作项目来利用前所未有的数据集规模。

“我们要处理和筛选的数据量高达 PB(一百万 GB)。”考夫林说，“我们将召集不同学科的人员，共同思考解决涉及大量数据的问题的方法，或者利用这些数据得出新结论的新方法。鲁宾天文台将帮助我们深入了解大质量恒星的死亡过程，了解它们产生的巨大能量。我们最终可以了解是什么推动了这些高能事件。”