新星早期成像揭示多向外流与延迟抛射：对包层抛射机制和激波物理的革新认识

《Nature Astronomy》：Multiple outflows and delayed ejections revealed by early imaging of novae

　　本期《自然·天文学》推荐一项突破性研究：为解决新星包层抛射机制争议（如瞬时抛射、多向外流或共同包层相互作用），研究人员通过近红外干涉测量技术对两颗伽马射线新星V1674 Her和V1405 Cas开展早期成像，直接观测到垂直双外流结构及延迟50天以上的包层抛射，证实新星抛射过程存在多组分、非对称性及共同包层相互作用特征，为理解激波产生、粒子加速及双星系统演化提供关键观测证据。

　　

在浩瀚宇宙中，新星爆发是双星系统中白矮星表面发生的热核爆炸现象。尽管这类事件每年在银河系内被探测到数十次，但其如何抛射吸积包层的机制至今悬而未决。传统理论提出瞬时抛射、持续星风或多向外流等假设，但缺乏直接观测证据。尤其当费米伽马射线空间望远镜发现超过20颗新星产生GeV（十亿电子伏特）量级伽马射线后，科学界意识到新星竟是研究激波物理和粒子加速的“天然实验室”。然而，激波的形成机制始终成谜：究竟是何种结构碰撞产生这些高能辐射？新星包层是否如预期在爆发初期瞬间抛离？这些问题推动天文学家寻求更高分辨率的观测手段。

为揭开谜底，由美国德克萨斯理工大学Elias Aydi和密歇根大学John D. Monnier领衔的国际团队，利用具备亚毫角秒分辨能力的CHARA（乔治亚州立大学高角分辨率天文中心）阵列，对2021年爆发的两颗极端新星开展早期近红外干涉成像研究。其中V1674 Her是史上演化最快的新星之一，从发现到可见光峰值仅16小时；而V1405 Cas则呈现缓慢演化特征，可见光峰值延迟53天且持续亮峰逾200天。研究成果以《新星早期成像揭示多向外流与延迟抛射》为题发表于《自然·天文学》。

研究团队主要采用四项关键技术：首先，利用CHARA阵列的六望远镜组合配合MIRC-X（密歇根红外组合器-埃克塞特）仪器，在近红外H波段（中心波长1.62微米）获取干涉数据；其次，通过BSMEM（双谱最大熵方法）算法重建新星喷流结构图像；第三，结合美国变星观测者协会（AAVSO）的多波段测光数据与费米LAT（大面积望远镜）的伽马射线观测，构建光变曲线；第四，依托全球业余天文爱好者通过ARAS（光谱学访问天文环）数据库提供的高分辨率光谱，分析发射线速度结构。

早期成像揭示垂直外流结构

针对V1674 Her的干涉成像在爆发后第2-3天即捕捉到关键证据：图像显示存在两个垂直分布的喷流组分，其中快速膨胀的极向流（速度约5,500 km s^-1）与低速椭球结构（速度约3,800 km s^-1）形成正交形态。该结构与光谱中观测到的双重巴尔末吸收线成分完全吻合，证实了“先慢后快”的双重抛射模型。通过膨胀视差法计算，团队得出该新星距离约为5.5-6.4 kpc（千秒差距），与独立测距结果一致。

延迟抛射与共同包层相互作用的直接证据

对V1405 Cas的观测则呈现截然不同的图景：在爆发第53、55天（可见光峰值期），CHARA图像中95%以上辐射源自尺度仅0.99毫角秒的致密源（相当于半径0.85 AU，天文单位），而非预期中已膨胀至23-46 AU的包层。这一巨大差异表明包层主体并未在爆发初期抛射，而是延迟至55天后才开始大规模扩张。第三期观测（第67天）显示延伸结构贡献度骤升至50%，同时光谱出现2,100 km s^-1的宽发射线，Swift卫星亦探测到激波产生的硬X射线，印证了延迟抛射引发的相互作用。

多波段观测验证激波产生机制

伽马射线与X射线探测为激波存在提供独立佐证：V1674 Her在爆发首日即检测到GeV辐射，对应双外流碰撞阶段；而V1405 Cas的伽马射线信号延迟至爆发后2个月出现，与延迟抛射时间线吻合。Swift紫外光学望远镜（UVOT）数据进一步显示，V1405 Cas在200天内出现至少9次耀斑，伴随光谱吸收线速度阶跃式增长，暗示存在多次间歇性抛射事件。

本研究通过突破性的早期干涉成像，颠覆了对新星抛射机制的传统认知。V1674 Her的垂直双外流结构直观呈现了激波产生的物理场景，而V1405 Cas的延迟抛射则首次为共同包层相互作用模型提供直接证据。这些发现确立新星为研究双星系统角动量转移、包层抛射动力学及激波粒子加速的天然实验室。尤其重要的是，研究揭示新星抛射并非单一瞬时事件，而是包含多组分、多时序的复杂过程，这对理解Ia型超新星前身星演化、恒星合并事件等具有深远影响。随着CHARA等干涉仪观测样本的扩大，未来有望构建新星抛射的普适性模型，最终解开双星相互作用如何塑造恒星终局之谜。