IA型超新星

北辰

20世紀(jì)末，科學(xué)家通過對(duì)IA型超新星測(cè)距的研究認(rèn)識(shí)到宇宙在加速膨脹，進(jìn)而推論出暗能量的存在。這不僅是天文學(xué)，而且是物理學(xué)的巨大突破。

與人類一樣，恒星也有生死。

它們個(gè)個(gè)都像英雄那樣，活著的時(shí)候光芒萬丈，傲視群雄，死亡的時(shí)候也是轟轟烈烈，以一場(chǎng)大爆發(fā)結(jié)束自己的生命。這種恒星在演化接近末期時(shí)經(jīng)歷的劇烈爆炸就叫超新星爆發(fā)。超新星的英文名稱為supernova，nova在拉丁語中是“新”的意思，這表示它在天球上看上去是一顆新出現(xiàn)的亮星（其實(shí)原本即已存在，因亮度增加而被認(rèn)為是新出現(xiàn)的）。

生命有長有短，個(gè)體也有大有小，因此爆發(fā)的方式往往也是林林總總。

科學(xué)家經(jīng)過系統(tǒng)的理論研究后提出，在恒星家族中也有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)個(gè)頭——就像對(duì)人類而言，也有平均的身高和體重——那就是1.44個(gè)太陽質(zhì)量。具有這樣質(zhì)量的恒星，它們?cè)诒l(fā)的時(shí)候，就被稱為IA型超新星。

白矮星的掠奪

超新星通常被人類劃分為兩大類：I型和II型。如果在某一顆超新星的光譜中，不包含氫的吸收線，那它就會(huì)被歸入I型，反之，則會(huì)被定義為II型。I型超新星又可以細(xì)分為IA、IB和IC三種，而II型一般是單個(gè)的大恒星，質(zhì)量通常超過9個(gè)太陽質(zhì)量，也可細(xì)分為IIP、IIL和IIN三類。

IA型超新星的主角通常都是一顆白矮星，白矮星是如太陽這般大小的恒星演化至末期的殘骸。雖然它們的質(zhì)量不大，但卻擁有著驚人的密度。通常，白矮星都會(huì)有一顆伴星，而它倆之間的關(guān)系似乎也是注定的——掠奪，當(dāng)然，受害者就是伴星。

白矮星會(huì)貪得無厭地吞噬伴星的物質(zhì)，它不會(huì)一口便將伴侶吃掉，而是會(huì)在其周圍建立一條細(xì)長的“食物通道”。這條通道會(huì)像蛇一樣纏繞著伴星，并形成一個(gè)巨大的圓盤，而白矮星則會(huì)通過這根“吸管”，將伴星體內(nèi)的物質(zhì)步步蠶食。

當(dāng)然，這樣的掠奪并非是無止境的。當(dāng)白矮星通過吞噬，逐漸長大到1.44倍太陽質(zhì)量的時(shí)候，掠奪就會(huì)停止——這個(gè)質(zhì)量已是它的極限。這時(shí)，眾多劇烈的物理反應(yīng)就會(huì)紛至沓來。白矮星由于內(nèi)部的密度很高，因此能夠點(diǎn)燃連鎖反應(yīng)，一系列核聚變過程將會(huì)最終導(dǎo)致白矮星的爆發(fā)，這就是IA型超新星。

由于質(zhì)量是一定的，因此爆發(fā)產(chǎn)生的能量也是一定的，同理可知，爆發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的亮度也是一定的。所以，科學(xué)家就將IA型超新星稱為宇宙中的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。標(biāo)準(zhǔn)燭光爆發(fā)的時(shí)候，釋放出來的能量可能會(huì)超過1044焦耳。通過觀測(cè)爆發(fā)時(shí)的明暗程度，我們還可以判斷這顆超新星距離我們有多遠(yuǎn)。

諾貝爾的認(rèn)可

如今，宇宙學(xué)家已經(jīng)開始利用“標(biāo)準(zhǔn)燭光”測(cè)量宇宙的膨脹速度和暗能量的具體分布等問題了，這項(xiàng)研究也獲得了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。三位獲獎(jiǎng)?wù)叻謩e是來自澳大利亞國立大學(xué)的布萊恩·保羅·施密特（Brian Paul Schmidt）、美國約翰·霍普金斯大學(xué)的亞當(dāng)·蓋伊·里斯（Adam Guy Riess），以及美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的索爾·珀?duì)栺R特（Saul Perlmutter）。他們通過觀測(cè)遙距超新星，從而發(fā)現(xiàn)了宇宙正在加速膨脹。其中，珀?duì)栺R特還使用軟件，發(fā)現(xiàn)了大量IA型超新星，這一實(shí)踐標(biāo)志著人們對(duì)IA型超新星的研究，已從理論探討走向了樣本研究。

不過，隨著研究的深入，科學(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)，IA型超新星還存在著另一種模式——兩顆白矮星合并。所以，截至目前，人們所了解的“點(diǎn)燃標(biāo)準(zhǔn)燭光”的方式有兩種。

雖然作為宇宙的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，IA型超新星的模型仍存在著一些不確定性，譬如它周圍的那些吸積盤會(huì)阻擋部分爆發(fā)的光芒，從而影響人們對(duì)于“標(biāo)準(zhǔn)燭光”的精確判定。但這絲毫無法改變IA型超新星在宇宙學(xué)中的特殊地位，科學(xué)家已將其列為近十年內(nèi)恒星研究的主要對(duì)象之一。相信隨著天體物理學(xué)界對(duì)IA型超新星進(jìn)行更深入詳細(xì)的研究，從爆炸模型到演化途徑等的各方面探究，宇宙中暗能量的秘密終將被解開。