通过原始黑洞探索超新星起源

通过原始黑洞探索超新星起源。图片来源：编辑团队使用AI生成的图片，用于说明。

（神秘的地球uux.cn）据纽约州立理工学院：纽约州立大学理工学院物理学助理教授梁成志博士在《天体物理学杂志》上发表了题为《原始黑洞触发的Ia型超新星II：与超新星残骸及银河化学演化的比较》的文章。该论文由纽约州立理工大学学生塞思·沃尔瑟共同撰写，他是电气与计算机工程及应用数学专业的大四学生，辅修物理;亚历山大·库森科（加州大学洛杉矶分校）;野本健一（Kavli IPMU，2026年邵氏天文学奖和2026年格鲁伯宇宙学奖获得者）;以及铃木智治（中部大学）。

原始黑洞（PBH）是早期宇宙的假想遗迹。在暴胀时期，物质密度的原始波动可能导致了这些黑洞的形成。PBH被认为是暗物质的潜在候选者，暗物质是一种无形的物质形式，按质量解释了宇宙中大部分物质的分布。PBH在太空中旅行时，可能会穿过恒星。

以往研究表明，PBH通过过程中产生的强烈潮汐力可能触发白矮星——低质量恒星的最终演化阶段——爆炸，形成Ia型超新星。梁及其合作者正在研究通过这一新提出的爆炸机制产生的超新星的动力学、观测和化学特性。

在论文I《原始黑洞触发的Ia型超新星I：对爆炸动力学和光变曲线的影响》中，团队证明了PBH引发的爆炸可以产生与标准模型描述极为相似的Ia型超新星。此外，这些超新星还能重现宇宙学家用来测量宇宙距离和发现暗能量的经验关系——这一关系的物理起源尚未完全明了。这一发现表明，PBH触发的超新星可能已经构成了宇宙中观测到的Ia型超新星的一部分。

在论文二中，团队通过将模型与超新星遗迹观测进行比较，包括第谷、开普勒和3C 397;附近的超新星如SN 2011fe和SN 2012cg;以及银河系中的恒星。

（顶部面板）06B-noKH-Z0、06B-noKH-Z0002、06B-noKH-Z002和06B-noKH-Z006的同位素质量分数比[X/56Fe]。水平线代表太阳值的两倍（上线）和一半（下线）。（底板）与顶部面板相同，但适用于06B-KH-Z0、06B-KH-Z0002、06B-KH-Z002和06B-KH-Z006。图片来源：《天体物理学杂志》（2026年）。DOI：10.3847/1538-4357/ae6db7

他们的分析显示，PBH触发的爆炸通道可以解释这些物体的多种观察特征。通过研究镍-56和镍-57等放射性同位素，以及锰和镍等稳定元素，研究人员能够控制导致这些超新星及其残骸的前身恒星的质量和金属量。

团队还将其超新星模型纳入银河化学演化模拟，研究该爆炸通道如何促进星系中元素的富集。他们的结果表明，重现银河系恒星中观测到的化学丰度模式需要非零比例的PBH触发Ia型超新星。

纽约州立理工大学学生Seth Walther于2024年夏季通过暑期本科生研究项目加入该项目。作为合著者，他将梁氏模型产生的核合成产额应用于星系化学演化计算，帮助确定超新星世代如何随时间丰富星系中的重元素。

“参与物理研究提升了我对写作、演示和编码等重要行业标准的认识，同时也增强了我批判性思维和解决复杂问题的能力，”瓦尔特说。

“这不仅帮助我获得了实习机会，也让我凭借物理研究打下的坚实基础，在其中茁壮成长。我所获得的背景和知识很好地转化为现实世界情境，也成为很好的对话开端。我相信物理研究是任何对STEM领域感兴趣的人的绝佳起点，因为它为你应对世界将面临的许多挑战和机遇做好准备。”

梁说：“我们的研究表明，我们观测到的一些超新星可能是原始黑洞的结果。”“虽然我们无法直接观察这些难以捉摸的物体，但它们留下了重要线索，让我们能够调查它们的特性。”

他补充道：“我也对Seth在整个项目中取得的巨大进步印象深刻。他的表现表明，本科生完全有能力开展科学界期望的科研。随着我们新开设的物理学理学学士项目，这些研究经历将帮助学生为竞争激烈的研究生项目和成功的职业生涯做好准备。”

团队计划继续扩展研究，探讨PBH触发的超新星如何影响Ia型超新星总体数量及宇宙中瞬态天文事件的发生率。

梁成志等人，《原始黑洞触发的Ia型超新星》。二、与超新星遗迹及银河化学演化的比较，《天体物理学杂志》（2026年）。DOI：10.3847/1538-4357/ae6db7