Ia型超新星是一类碳氧白矮星在接近或超过钱德拉塞卡质量极限时发生的热核爆炸型超新星。大部分Ia型超新星具有相似的光变曲线轮廓，它们可以作为宇宙学标准烛光并在宇宙学研究中扮演着重要角色。当前观测到的Ia型超新星主要来自于近邻星系，即星族I/II恒星的爆炸产物。主流宇宙学演化模型预言，宇宙早期存在着一类重要的恒星，通常被称为第一代恒星或星族III恒星。这类恒星以几乎没有金属污染的形式诞生，其主要成分为氢、氦和极少量的锂。一个重要但尚未得到广泛关注的问题是：第一代恒星是否可以产生Ia型超新星？

近期，云南天文台大样本恒星演化研究团组李振威博士、德克萨斯农工大学王力帆教授与合作者的研究表明，第一代恒星有望产生可观的Ia型超新星。该研究首次绘制了第一代恒星产生的Ia型超新星在宇宙学尺度的演化图谱，并为詹姆斯·韦布（JWST）空间望远镜提供理论预言。目前，该成果于2024年10月1日发表在国际主流天文期刊《天体物理学》（The Astrophysical Journal）。

在早期理论研究中，第一代恒星通常被认为具有较大质量（大于10个太阳质量）。这类恒星可能会产生中子星或黑洞，因而无法发生Ia型超新星爆炸。然而，最近的数值模拟表明，有相当一部分的第一代恒星的诞生质量小于10个太阳质量。这类中小质量第一代恒星的存在为产生Ia型超新星提供了必要条件。

研究人员基于标准的大爆炸宇宙学框架，计算了第一代恒星产生的Ia型超新星在宇宙学尺度的分布。结果表明，第一代恒星产生的Ia型超新星的数目与星族III恒星的形成历史及初始质量函数密切相关。

在积极模型中，星族III恒星甚至与星族I/II恒星在高红移处（z>5）产生的Ia型超新星在数目上是相当的（如图1）。这些位于高红移的Ia型超新星有望被性能强大的JWST发现。研究人员进一步计算了可被JWST探测的星族III Ia型超新星的数目（如图2）。在理想情况下，在红移为4之内有望发现1颗第一代恒星产生的 Ia型超新星。该结果同时为探索第一代恒星的物理性质提供了新的研究思路。

该研究成果受到国家重点研发计划专项和国家自然科学基金杰出青年项目资助。

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图1: 超新星诞生率随宇宙学红移演化的分布。

图2: 可被JWST观测的超新星数目随宇宙学红移演化的关系。