超新星是宇宙中最剧烈的天⽂爆发现象之⼀，是时域天⽂学时代的核⼼研究课题。在近邻宇宙中，富含氢元素的II-P型超新星约占全部超新星数量的35%-40%，揭⽰其起源于何种前⾝星对于理解⼤质量恒星演化、爆发机制、致密天体形成等重⼤科学问题具有⾄关重要的意义。理论界早在数⼗年前便推测此类超新星可能源于双星系统，近年研究甚⾄显⽰其双星起源⽐例⾼达30%-50%。然⽽，单星和双星起源的前⾝星，在爆发前都会进⼊红超巨星阶段，其相似的观测特征为追溯起源机制带来了显著挑战。这也导致II-P型超新星的前⾝星研究长期局限于单星演化框架，其双星起源始终缺乏确凿的观测证据。
近期，由中国科学院⼤学（以下简称国科⼤）天⽂与空间科学学院和国家天⽂台孙宁晨副教授领衔的国际研究团队取得重⼤突破。他们在《科学通报（Science Bulletin）》上发表了题为《⼀个II-P型超新星的双星并合前⾝星（A binary merger product as the direct progenitor of a Type II-P supernova）》的研究论⽂，⾸次为II-P型超新星的双星起源提供了强有⼒的观测证据。
团队在研究过程中，成功捕捉到了II-P型超新星SN 2018gj的前⾝星。尽管该前⾝星的恒星⼤⽓参数与其他II-P型超新星前⾝星相似，然⽽，它反常地位于宿主星系边缘异常年⽼的环境中，且超新星的光变曲线呈现出异常短暂的“平台期”。为解开谜团，团队创新性地融合了前⾝星直接探测、环境星族分析、以及爆发过程的流体动⼒学模拟等关键⼿段，成功证实这些观测特征指向该超新星的双星起源。团队还借助新⼀代双星演化模拟程序，成功揭⽰出该前⾝星系统经历的⼀系列双星间质量交换及并合的复杂演化历史。
孙宁晨副教授指出，此项⼯作是观测天⽂学家与理论天⽂学家深度交叉合作的典范，不仅为II-P型超新星的双星起源这⼀长期悬⽽未决的问题提供了可靠证据，也为搜寻更多“隐藏”的超新星起源开辟了新路径。随着中国空间站巡天空间望远镜、JWST、LSST、司天⼯程等国内外新⼀代天⽂设施的投⼊使⽤，未来有望发现更多未知起源的超新星事件。
国科⼤特别研究助理⽜泽茜博⼠也补充道，“这项⼯作凸显了双星相互作⽤在塑造超新星多样性上起到的关键作⽤”。
英国⽜津⼤学天体物理系Philipp Podsiadlowski教授⾼兴地表⽰，“这项研究的⼀⼤亮点，就是利⽤哈勃和斯⽪策太空望远镜等设备，对所有可能性进⾏了仔细分析，完整揭⽰了这颗超新星及其前⾝星的来龙去脉。我们终于⾸次证实了这类超新星长期预测、但⼀直未被观测到的双星并合前⾝星”。
本研究第⼀作者为国科⼤特别研究助理⽜泽茜博⼠，共同第⼀作者包括国科⼤和国家天⽂台的孙宁晨副教授、希腊IA-FORTH研究所和雅典⼤学的Emmanouil Zapartas博⼠，通讯作者为孙宁晨副教授和中国科学院国家天⽂台刘继峰研究员。合作团队还包括来⾃清华⼤学、云南天⽂台等机构的研究⼈员，以及来⾃英国、美国、爱尔兰、瑞⼠等地的天⽂学家。本研究获得中国科学院战略先导专项、国家⾃然科学基⾦、新基⽯科学基⾦会、希腊研究创新基⾦会等资助。
图1: 超新星SN 2018gj在宿主星系中的位置，并艺术呈现了其双星前⾝星演化⾄爆发的完整过程（⽜泽茜绘制）。背景图像来⾃哈勃空间望远镜拍摄的宿主星系实景，其中插图为该红超巨星前⾝星于2009年被直接探测到的图像。
图2: 左侧和中间图展⽰了基于观测数据得到的SN 2018gj前⾝星的三个关键参数，与双星演化模型（图中⿊线）和单星演化模型（图中彩⾊背景）对⽐。右侧图展⽰了该双星前⾝星系统在赫罗图上的完整演化轨迹。
