古老的超新星

張唯誠(chéng)

從字面理解，人們也許會(huì)認(rèn)為超新星是出現(xiàn)于宇宙中的一顆新的星體。其實(shí)不然，超新星是某些恒星在演化接近末期時(shí)經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。超新星爆發(fā)之際，正是恒星毀滅之時(shí)。一顆古老恒星，做出一次最閃亮耀眼的“謝幕”，百萬(wàn)年后的今天，天文學(xué)家們?nèi)阅苓€原出它昔日的“輝煌”。

科學(xué)家推測(cè)，在大約500萬(wàn)年前的上新世時(shí)期，天空中曾出現(xiàn)過(guò)一顆非常明亮的星，那時(shí)生活在非洲大陸上的南方古猿在大白天里都能看到它。它耀眼奪目，發(fā)著白光，比太陽(yáng)暗，但比月亮亮許多。

如此推測(cè)根據(jù)何在呢?在今天，距地球很近的地方出現(xiàn)超新星，乃至于白天都能看到的情況很難遇到，但是在南方古猿生活的上新世時(shí)期，超新星出現(xiàn)得比現(xiàn)在頻繁。那些超新星來(lái)自于一個(gè)名為“天蝎一人馬”的星云，當(dāng)時(shí)，那團(tuán)星云正在緩緩地從太陽(yáng)系旁邊經(jīng)過(guò)，那里面有一些壽命并不長(zhǎng)的大恒星，其中有些像“爆米花”似地爆炸了。

“天蝎－人馬”星云

今天的研究表明，爆炸的超新星如若離地球太近便會(huì)釀成滅絕物種的大災(zāi)難，這并不需要它們的沖擊波來(lái)摧毀地球，只需它們散發(fā)的宇宙射線和相當(dāng)劑量的紫外線便足夠了。那些宇宙射線將破壞臭氧層，地球上的生命將完全暴露在各種放射線下，物種很難逃脫滅絕的厄運(yùn)。我們的祖先能在上新世幸免于難僅僅是因?yàn)槟穷w超新星距地球并不是太近而已。

科學(xué)家之所以能還原發(fā)生在500萬(wàn)年前的那個(gè)情形是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在依然能夠看到當(dāng)年的那團(tuán)星云，它距地球450光年，并且還在向天蝎座和人馬座的方向漸行漸遠(yuǎn)。美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)的天文學(xué)家赫蘇斯·邁斯－阿佩利亞尼斯通過(guò)研究“天蝎－人馬”星云的運(yùn)動(dòng)情況還原了它在500萬(wàn)年前的位置，他測(cè)算的最精確結(jié)果是：當(dāng)時(shí)它距地球130光年。

“天蝎－人馬”星云在200萬(wàn)年前依然離我們很近，那時(shí)，地球上的一些浮游生物、軟體動(dòng)物和其他敏感于紫外線的海洋動(dòng)物神秘地消失了，古生物學(xué)家將那個(gè)時(shí)期作為從上新世到更新世的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。德國(guó)科學(xué)家曾研究過(guò)上新世時(shí)期的深海沉積物，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的地球上存在者豐富的“鐵60”，這是一種超新星爆炸產(chǎn)生的同位素，它們是否來(lái)自“天蝎－人馬”星云的超新星呢?是否超新星殺死了那些動(dòng)物?抑或只是偶然的巧合?

本宇宙泡

還原近地超新星的歷史十分困難，因?yàn)槟昀系某滦鞘请y以捕捉的，它們熾熱的外殼會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸模糊直至無(wú)法看見(jiàn)，這個(gè)過(guò)程不會(huì)超過(guò)100萬(wàn)年，盡管超新星的核——中子星會(huì)存在得長(zhǎng)一些，但由于爆炸的不對(duì)稱(chēng)性，它們時(shí)常劃過(guò)銀河消失了，而那些非同尋常的鐵同位素更是隱藏在幾百萬(wàn)年前的深海沉積物里難以尋覓。不過(guò)，有一樣?xùn)|西會(huì)留下明顯的遺跡，科學(xué)家比喻為：“所有的爆炸都會(huì)在星云中吹起一個(gè)足夠大的泡，而我們恰好正在一個(gè)泡里面”。

這個(gè)泡被稱(chēng)為“本宇宙泡”，它的形狀像一?；ㄉ?，長(zhǎng)約300光年，里面幾乎空空如也，溫度很高，氣體極為稀薄，平均每立方厘米只有0.001個(gè)原子，比一般的星際物質(zhì)稀薄1000倍，熱100～100000倍。

“本宇宙泡”是20世紀(jì)七八十年代發(fā)現(xiàn)的，天文學(xué)家們用光學(xué)和射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河中的星際氣體，同時(shí)用X射線軌道衛(wèi)星觀測(cè)我們四周的星空，最終他們意識(shí)到太陽(yáng)系存在于一個(gè)熱的真空泡里。對(duì)于這個(gè)泡的其他大量問(wèn)題，例如它有多古老?內(nèi)在的構(gòu)造如何?冷卻的速度有多快?科學(xué)家們迫切地希望得到這些問(wèn)題的答案，這需要描繪泡內(nèi)的溫度和密度，如果他們找到了一個(gè)熱點(diǎn)，那可能就是超新星曾經(jīng)所在的位置。

恒星的葬禮

超新星是質(zhì)量較大的恒星在結(jié)束生命時(shí)的“回光返照”，它釋放巨大的能量使自己陡然間變得極為明亮，于是人們便看到天空中突然出現(xiàn)了一顆“新星”，然而它并不是新的，只是那顆“舊星”突然間變得很亮了而已。此時(shí)這顆已在宇宙中閃耀了億萬(wàn)年的恒星正在進(jìn)行一場(chǎng)輝煌的“謝幕”，它要在短短幾天里拋掉自己身上的大部分質(zhì)量，同時(shí)釋放巨大的能量。這時(shí)它傾泄掉的能量與一個(gè)年輕的恒星在幾億年里釋放的能量一樣多，于是它看上去是如此地亮，乃至于并不亞于一個(gè)星系的亮度了。

超新星爆發(fā)后所拋射的恒星外層物質(zhì)會(huì)變成星云遺跡，而遺留下的星核則有可能因其質(zhì)量的不同而坍縮成黑洞、中子星、白矮星或者完全被炸毀。

超新星爆發(fā)的灰燼散布在廣闊的宇宙空間里，它引發(fā)附近星云中無(wú)數(shù)新恒星的誕生，它的灰燼也將成為組成其他天體的重要材料。這些灰燼將在新一代星球誕生的過(guò)程中被吸收而變成新的行星，地球就是這樣形成的一顆行星。我們今天地球上的許多物質(zhì)元素原本就來(lái)自于那些早已消失的恒星，我們?nèi)粘Ｅ鍘У慕疸y飾品中含有來(lái)自超新星爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的金屬原子，我們身體中的鐵元素也來(lái)自遙遠(yuǎn)時(shí)代宇宙中爆發(fā)的超新星。由此看來(lái)，超新星爆發(fā)是古老恒星輝煌的葬禮，同時(shí)又是新生天體的催生者，它是天體演化過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

歷史上的超新星

超新星爆發(fā)時(shí)明亮的光輝曾吸引過(guò)世界許多民族先民們驚奇的視線，因此我們從世界上許多國(guó)家的史料中都能找到與此有關(guān)的記載。超新星185是人類(lèi)歷史上發(fā)現(xiàn)的第一顆超新星。東漢中平二年(185年)，我國(guó)天文學(xué)家首先觀測(cè)到了這顆星?！逗鬂h書(shū)·天文志》載：“中平二年十月癸亥，客星出南門(mén)中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消。”從記載上看，這顆星在圓規(guī)座和半人馬座之間，它在夜空中閃耀了8個(gè)月。

1054年，在距地球7200光年的地方超新星1054爆發(fā)了。根據(jù)《宋會(huì)要》的記載，這顆星呈紅白混合的顏色，亮如金星，當(dāng)時(shí)的人們有23天在白天也能看到這顆星。除中國(guó)人外，日本人和美洲的土著人也記載了那次爆發(fā)事件。

超新星1054在望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明以前幾乎被人遺忘了。18世紀(jì)，一位英國(guó)業(yè)余天文學(xué)家約翰·貝維斯發(fā)現(xiàn)了一個(gè)星云，隨后被法國(guó)天文學(xué)家梅西耶收在了他制作的《梅西耶星團(tuán)星云表》中，位列第一，代號(hào)M1。到了19世紀(jì)，英國(guó)天文學(xué)家羅斯勛爵將其命名為“蟹狀星云”。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)這個(gè)“蟹狀星云”在不斷擴(kuò)張著，速度高達(dá)每秒1100千米。天文學(xué)家根據(jù)這一速度反過(guò)來(lái)推算它形成的時(shí)間，他們發(fā)現(xiàn)按照這樣的速度上溯大約900年時(shí)，這團(tuán)星云剛好聚集成了一個(gè)點(diǎn)，于是得知這團(tuán)星云就是900年前爆炸的超新星1054，它是那顆超新星爆炸后留下的遺骸。今天，“蟹狀星云”的直徑已超過(guò)了6光年，而且還在以每秒約1000千米的速度繼續(xù)膨脹著。

1604年，蛇夫座發(fā)生了一次超新星爆發(fā)，它出現(xiàn)的時(shí)候，其亮度甚至超過(guò)了木星，當(dāng)時(shí)

開(kāi)普勒對(duì)其進(jìn)行了十幾個(gè)月的觀測(cè)并發(fā)表了觀測(cè)結(jié)果，所以它又名開(kāi)普勒超新星。那顆超新星距地球約20萬(wàn)光年，當(dāng)時(shí)的人們還只能用肉眼去觀察它，因?yàn)橥h(yuǎn)鏡的發(fā)明是4年以后的事，但是現(xiàn)在，人們要使用人類(lèi)最先進(jìn)的太空望遠(yuǎn)鏡去目睹它正在擴(kuò)張著的殘余物的真面目了。

2004年，科學(xué)家為了了解超新星殘余物的演化過(guò)程，計(jì)劃以多波長(zhǎng)觀測(cè)獲得一幅開(kāi)普勒超新星的完整圖像。他們利用斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和錢(qián)德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)了這顆超新星爆炸以后的殘余物。然后，他們把來(lái)自這三臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的分別以紅外線、可見(jiàn)光和X射線拍攝的照片合成了一幅清晰的圖像。通過(guò)這樣的圖像，科學(xué)家了解了超新星殘余物各部分之間的復(fù)雜關(guān)系和各部分氣體的不同溫度，人們得以更清楚地觀察這顆超新星由氣體和塵埃組成的覆蓋物，那覆蓋物的寬度為14光年，正在以每小時(shí)600萬(wàn)千米的速度擴(kuò)張著。

根據(jù)天文學(xué)家們的估計(jì)，銀河系中每幾十年會(huì)有一顆恒星爆發(fā)，但自仙后座A在1680年爆發(fā)以來(lái)，很長(zhǎng)的一段時(shí)間里人們?cè)僖矝](méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的記錄。直到2008年，錢(qián)德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡提供了一些可靠數(shù)據(jù)，證實(shí)一顆編號(hào)為G1.9+0.3的超新星爆發(fā)于1868年，它刷新了仙后座A的記錄，成為銀河系中最年輕的超新星。

參宿四的末日

2004年11月20日，美國(guó)航天局發(fā)射了一顆名為“雨燕”的專(zhuān)門(mén)用于觀測(cè)伽瑪射線和紫外線的天文衛(wèi)星。它可在伽瑪射線、X射線、紫外線和可見(jiàn)光多個(gè)波段上從事工作?！坝暄唷鄙盏哪康氖菍ふ疫b遠(yuǎn)恒星爆炸的微弱痕跡。它對(duì)宇宙中的爆炸非常敏感，一旦探測(cè)到有爆炸發(fā)生，它上面靈敏的儀器便會(huì)立即轉(zhuǎn)向爆炸發(fā)生的位置并瞄準(zhǔn)該位置以捕捉仍在持續(xù)的爆炸。

2008年1月9日，美國(guó)普林斯頓大學(xué)天文學(xué)家艾麗西婭·索得伯格和她的同事們觀測(cè)到了一種特別明亮的持續(xù)5分鐘的X射線爆發(fā)。這種爆發(fā)只能在X射線下看到，而“雨燕”衛(wèi)星正好將X射線望遠(yuǎn)鏡聚焦在了正確的區(qū)域內(nèi)，從而使索得伯格和她的同事們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多年的夢(mèng)想：親眼目睹一個(gè)超新星的誕生過(guò)程。他們成了首批看到恒星爆炸成超新星的人。這顆超新星離我們很遠(yuǎn)，距地球大約1億光年。但它爆發(fā)時(shí)亮得驚人，其亮度達(dá)到太陽(yáng)亮度的1000億倍，乃至于“雨燕”上的儀器也無(wú)法完美地把它記錄下來(lái)。

假若500萬(wàn)年前那顆爆發(fā)于“天蝎-人馬”星云的超新星離我們更近一些，例如25光年，那么當(dāng)時(shí)的南方古猿就會(huì)看到一顆比月亮還要亮許多倍的“小太陽(yáng)”，地球生物也將面臨一場(chǎng)嚴(yán)重的浩劫。然而從歷史上看，這樣的事似乎很少發(fā)生，就我們目前所知，超新星爆發(fā)對(duì)地球物種的打擊并沒(méi)有產(chǎn)生災(zāi)難性的后果?，F(xiàn)在，離我們最近的有可能變成超新星的鄰近恒星是位于獵戶(hù)座的紅超巨星參宿四。在秋冬和早春的晴夜，日落一兩個(gè)小時(shí)后，你會(huì)看到這顆星從東南方向升起，位于獵戶(hù)座的右上方。有時(shí)，它會(huì)變得很亮，但多數(shù)情況下，它是暗淡的，只有明亮?xí)r的三分之一。參宿四正在衰老，其活動(dòng)的節(jié)律已變得紊亂。在一段時(shí)間里，有時(shí)是幾星期，有時(shí)是幾年，它的大氣發(fā)生劇烈的變化，膨脹，收縮，溫度驟升，熱流四溢，然后冷下來(lái)，回歸平靜。在躁動(dòng)的顛峰，它可以膨脹到太陽(yáng)直徑的1500倍。不錯(cuò)，這顆古怪的恒星已臨近爆發(fā)，它的末日將是一顆超新星。幸好參宿四離我們地球大約500光年，它的爆炸應(yīng)該不會(huì)給地球帶來(lái)多大的不幸，只是到了那時(shí)，我們可能會(huì)在白天里看到一顆明亮的超新星參宿四，在夜間看到它的光芒帶來(lái)的投影。這也許是幾百萬(wàn)年以后才會(huì)有的情景，也許就將發(fā)生在我們的有生之年內(nèi)。(文章代碼：0402)

責(zé)任編輯龐云