The fraction of periodic SN Ib/c light curves

当一颗质量巨大的恒星耗尽燃料时，它会坍缩并爆炸，向宇宙中释放出灿烂的光芒。这些被称为超新星的爆炸是自然界中最具能量的事件之一。长期以来，天文学家认为这些爆炸的光芒只是以一种平滑、可预测的曲线逐渐消逝，就像一根燃烧殆尽的蜡烛。然而，最近的观测表明，一些垂死的恒星并非安静地消逝。相反，随着它们变暗，其亮度会在规律的模式中上下波动。这种有节奏的脉动是一种罕见且令人困惑的现象。这表明爆炸的恒星并非孤身一人；它很可能有一个轨道运行的伴星。当爆炸发生时，留下的致密新核心可能正在与这个伴星发生相互作用，产生了一种引力上的拉锯战，从而导致了光线的脉动。了解这种情况发生的频率有助于科学家了解有多少恒星是以成对的形式生存以及它们在死亡前是如何演化的。

魏茨曼科学研究所的一个研究小组决定对这种行为进行系统性的观察。他们想知道这些脉动爆炸仅仅是少数奇怪的意外，还是代表了一个重要的群体。为了查明真相，他们求助于位于加利福尼亚州的 Zwicky 瞬变设施（Zwicky Transient Facility），这是一个强大的望远镜，每晚都会扫描天空，捕捉数以千计的变化光源。该团队专注于一种特定类型的超新星，称为 Ib 型或 Ic 型。这些是已经失去了氢和氦外层的恒星爆炸，通常是因为伴星在爆炸前将其剥离了。研究人员收集了三十四个不同候选者的光变曲线，即记录这些恒星亮度随时间变化的记录。他们需要高质量的数据，且有足够的测量值来识别模式，因此他们只选择了那些望远镜观察时间足够长且拍摄了足够多照片的事件。

为了在数据中寻找隐藏的节奏，该团队构建了一种比以往尝试更严谨的新型计算机方法。他们的做法不是先平滑掉恒星整体衰减的过程然后再寻找残余中的波动，而是将衰减和波动视为一个单一且连贯的问题。他们拟合了一个数学曲线来描述整体下降过程，同时测试是否存在重复的波形模式。这种方法防止了计算机因过早进行平滑处理而意外掩盖了真实的信号。他们将这种严格的测试应用于样本中的每一条光变曲线，寻找任何明显区别于随机噪声的重复周期。他们设定了一个非常高的发现标准，要求模式必须在望远镜观测到的两种不同颜色的光中都清晰出现，以确保信号是真实的而非数据中的故障。

搜索得到了三个明确的结果。其中两个是已被其他天文学家识别为具有这种脉动行为的恒星：SN 2022jli 和 SN 2022esa。该团队的方法成功恢复了这些恒星已知的模式，证实了他们新方法的有效性。SN 2022jli 显示出大约每十二天一次的脉动，而 SN 2022esa 则大约每三十四天脉动一次。但最令人兴奋的发现是第三颗恒星 SN 2020sgf，它此前从未被标记为周期性候选者。这颗在 2020 年爆发的恒星在一种颜色的光中显示出约三十天的清晰重复模式，而在另一种颜色中约为三十六天。虽然两种颜色之间的确切时间略有不同，但这种差异很小，足以说明它们源于同一种潜在的节奏。这一发现为这个小型的脉动超新星俱乐部增添了新成员。

为了理解这些发现对于更广泛的爆炸恒星群体的意义，研究人员必须考虑其搜索过程中的局限性。他们意识到他们的望远镜无法看到所有可能的节奏。如果一颗恒星脉动得非常缓慢，或者脉动非常微弱，望远镜可能会完全错过它，特别是当恒星衰减过快或在一年中的部分时间被太阳的光辉所遮蔽时。为了衡量这种盲点，他们运行了数千次计算机模拟。他们采用了来自这三十四颗恒星的实际数据，并在其中秘密加入了不同强度和速度的虚假脉动信号。然后，他们在这些修改后的数据上运行检测方法，以观察他们能捕捉到多少虚假信号。这个过程创建了一张灵敏度图谱，展示了他们究竟能捕捉到哪些类型的脉动恒星，以及哪些会被漏掉。

拿着这张灵敏度图谱，该团队将他们的发现与关于恒星在联星系统中行为的理论模型进行了对比。这些模型预测，一定比例的剥离包层超新星会因为与伴星的相互作用而表现出这种脉动行为。研究人员发现，如果只有极小部分的这类恒星在脉动，他们在样本中找到三个这样的案例是非常不可能的。他们发现三个案例的事实表明，真实的数字更高。他们的分析表明，预测约百分之二十的此类超新星具有周期性的模型与他们的观测结果是一致的。这意味着，这些有节奏的爆炸并非异常罕见的怪现象。相反，它们很可能代表了一个实质性的子群体，即大约五分之一的垂死恒星在生命最后时刻正与伴星发生相互作用。

这项研究还强调了用全新的视角审视数据的重要性。研究人员注意到，他们发现的两个周期都接近月球二十九点五天的周期。虽然月光有时会在望远镜数据中创造虚假模式，但团队并未发现证据表明他们的发现是由这种效应引起的。这些信号在不同颜色的光中都非常强烈且一致，指向了恒星内部的物理原因。这项工作证明，通过正确的工具和足够大的样本量，天文学家可以超越对单个奇特天体的研究，转而理解更广泛的群体。SN 2020sgf 的发现以及对其他恒星的确认，表明宇宙中充满了这些双星相互作用，正等待着被下一代巡天观测发现。