天文学家在两次被称为“新星”的恒星爆发开始仅数日后，便获取了异常详细的图像。这些新观测清晰地证明，这些爆发并非如以往认为的那样简单。爆炸并非单次喷发，而是可以释放出多股物质流，甚至可能以戏剧性的方式延迟部分物质的抛射。
国际研究团队在《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志上报告了这项工作。他们使用了位于加利福尼亚州的高角分辨率天文中心（CHARA阵列）的干涉测量技术，该方法结合了多台望远镜的光线，以生成极其锐利的图像。这种增强的分辨率使得直接观测这些快速演变的事件成为可能。
“这些图像让我们得以近距离观察爆炸期间物质是如何从恒星抛射出去的，”佐治亚州立大学的盖尔·谢弗（Gail Schaefer）说，她是CHARA阵列的主任。“捕捉这些瞬变事件需要灵活性，以便在发现新的机会目标时调整我们的夜间观测计划。”
新星发生在密近双星系统中，当一颗白矮星——恒星致密的遗留核心——从其邻近的伴星吸取气体时。随着窃取的物质不断积累，它会引发失控的核反应，从而触发天空中的突然增亮。直到最近，天文学家大多只能间接拼凑出最早的阶段，因为膨胀的碎片看起来就像一个单一的光点。
确切地看到抛射物如何向外爆发并相互作用，是解释新星中冲击波如何形成的关键。这些冲击波最初是由美国宇航局（NASA）的费米大面积望远镜（LAT）与新星联系起来的。在其最初的15年里，费米-LAT探测到来自20多颗新星的GeV级辐射，表明这些爆发能在我们的星系中产生伽马射线，并指明了它们作为多信使源的潜力。
研究团队聚焦于2021年爆发的两颗新星，发现它们的行为方式截然不同。新星V1674武仙座（Nova V1674 Herculis）是有记录以来最快的之一，在数日内迅速增亮并衰减。图像揭示了两股独立的、沿垂直方向运动的气体流——这表明该事件涉及多次相互作用的抛射。时机尤其说明问题：当美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜也探测到高能伽马射线时，新的外流物质出现在图像中，直接将冲击波驱动的辐射与这些碰撞的物质流联系起来。
新星V1405仙后座（Nova V1405 Cassiopeiae）的演变则缓慢得多。它出乎意料地将其外层物质保留了50多天，然后才将其释放，这为新星中存在延迟抛射提供了迄今为止最清晰的证据。当这些物质最终挣脱时，它引发了新的冲击波，美国宇航局的费米望远镜再次观测到了与这次新的剧烈活动相关的伽马射线。
“这些观测让我们能够实时观看恒星爆炸，这是非常复杂且长期以来被认为极具挑战性的事情，”该研究的主要作者、德克萨斯理工大学物理学和天文学教授埃利亚斯·艾迪（Elias Aydi）说。“我们现在发现的不是简单的闪光，而是这些爆炸如何展开的真正复杂性。这就像从颗粒状的黑白照片升级到了高清视频。”
观测到如此精细结构的能力来自干涉测量法，这与用于帮助我们拍摄银河系中心黑洞图像的技术类型相同。研究团队还将这些图像与来自双子座天文台等主要设施的光谱进行了比较。这些光谱追踪了抛射气体中变化的特征，而新的光谱特征与干涉测量图像中看到的结构相匹配，为物质流如何形成和碰撞提供了直接的一一对应确认。
“这是一个非凡的飞跃，”密歇根大学天文学教授、该研究的合著者、干涉成像专家约翰·莫尼尔（John Monnier）说。“我们现在能够观看恒星爆炸，并立即看到被炸入太空的物质结构，这一事实非常了不起。它为观测宇宙中一些最戏剧性的事件打开了一扇新窗口。”
这些发现表明，新星可能远比一次突然的爆发复杂得多。它们也有助于解释为什么这些事件会产生强烈的冲击波，从而产生包括伽马射线在内的高能光。美国宇航局的费米望远镜在揭示这种联系方面发挥了核心作用，将新星变成了研究冲击波物理和粒子加速的现实世界实验室。
“新星不仅仅是银河系中的烟花——它们是极端物理学的实验室，”密歇根州立大学合著者、恒星爆炸专家劳拉·乔米克（Laura Chomiuk）教授说。“通过观察物质如何以及何时被抛射，我们终于可以将恒星表面的核反应、抛射物质的几何结构以及我们从太空探测到的高能辐射联系起来。”
总的来说，这些结果挑战了长期以来的观点，即新星爆发是单一的、脉冲式的事件。相反，观测指出了新星爆发的多种可能方式，包括多次物质外流和恒星外层物质的延迟释放，从而重塑了科学家对这些爆炸性事件的理解。
“这仅仅是个开始，”艾迪说。“通过更多这样的观测，我们终于可以开始回答关于恒星如何生存、死亡并影响其周围环境的大问题。新星，曾经被视为简单的爆炸，正变得比我们想象的更加丰富和迷人。”
这两颗新星的图像是通过CHARA阵列的开放获取项目收集的，该项目由美国国家科学基金会（资助号AST-2034336和AST-2407956）支持。佐治亚州立大学的文理学院、教务长办公室以及研究与经济发展副校长办公室也为CHARA阵列提供了机构支持。
