守望宇宙中的下一朵煙花

蘇一橫

預(yù)言未來的超新星

在太陽的內(nèi)部，每秒鐘約有6億噸的氫聚變成5.96億噸的氦，而“失蹤”的那400萬噸質(zhì)量直接變成了能量，也就是陽光。在天文學(xué)家眼中，晴朗夜空里的每一顆“正?！焙阈嵌荚谧鲱愃频氖虑椤鼈兌嫉韧谝粋€(gè)被引力束縛住的核聚變反應(yīng)堆，并依靠核聚變產(chǎn)生的能量來對(duì)抗自身強(qiáng)大的萬有引力。

但是，一旦恒星的引力向內(nèi)坍縮，產(chǎn)生擠壓的力量將使核聚變反應(yīng)開始失控，以致恒星發(fā)生劇烈的爆炸。根據(jù)天文學(xué)家們的估計(jì)，在銀河系中，平均每過100多年就會(huì)有一顆熾熱恒星發(fā)生爆炸。

恒星爆炸的結(jié)果是出現(xiàn)一顆超新星，它比太陽明亮100億倍，光芒勝過其近鄰所有恒星光芒的總和。超新星爆發(fā)可能會(huì)完全摧毀恒星，也可能會(huì)留下一個(gè)被引力壓碎的恒星殘核——中子星和黑洞。兩者都是宇宙中最致密的“極端天體”，前者的密度是水密度的100萬億倍，后者擁有著連光線都無法掙脫的強(qiáng)大引力。

在過去400年里，天文學(xué)家只在銀河系觀察到了兩顆超新星的爆發(fā)，但隨著天文學(xué)家們對(duì)超新星爆發(fā)機(jī)制的理解越來越深入，現(xiàn)在，他們已經(jīng)能夠預(yù)言，銀河系中將有哪些著名的恒星注定要爆發(fā)，當(dāng)那一刻來臨的時(shí)候，夜空將會(huì)上演一場(chǎng)壯麗的煙花。

下面我們來看看，在未來，銀河系里將會(huì)有哪些超新星爆發(fā)？

近鄰的超新星炸彈

在距離地球較近的超新星候選者清單中，有兩顆恒星是首當(dāng)其沖的。值得慶幸的是，這兩顆恒星并沒有非?？拷栂担蛔阋越o地球帶來重大威脅。

飛馬座IK是目前已知最接近地球的潛在超新星，距離地球150光年。不過，當(dāng)它在遙遠(yuǎn)的未來真正成為超新星時(shí)，其與地球的距離將會(huì)大大拉遠(yuǎn)。飛馬座IK的主星是一個(gè)重達(dá)1.7個(gè)太陽質(zhì)量的主序星，伴星是一個(gè)緊湊沉重的白矮星，它只有地球那么大的體積，卻擁有1.2個(gè)太陽的質(zhì)量。白矮星代表著類似于太陽的輕型恒星的暮年，它已經(jīng)不能通過穩(wěn)定的內(nèi)部核反應(yīng)產(chǎn)生能量。但是，當(dāng)白矮星的質(zhì)量處于大約1.4個(gè)太陽質(zhì)量的時(shí)候，它卻會(huì)再次點(diǎn)燃一次過程極其迅速的失控的核聚變，發(fā)生大爆炸，變成Ia型超新星（白矮星爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的超新星被稱為“I a型超新星”）。

飛馬座I K的白矮星伴星顯然還不足以變成超新星，但如果老化的主星一直在膨脹，以至于它的大氣跑到了白矮星，白矮星不停地聚集、吸收主星的物質(zhì)，質(zhì)量緩慢增加，一步步走向爆炸性的死亡邊緣，最終會(huì)演變成一次宇宙的煙花綻放——爆發(fā)出超新星明亮的光芒。

另一個(gè)潛力恒星來自距離地球260光年之外的角宿一（即室女座α星），它的類型與飛馬座I K完全不同。角宿一是人類已知的最熱的恒星之一，其亮度是太陽的12000倍，質(zhì)量是太陽的10倍，自轉(zhuǎn)速度也超快，比太陽快80倍，而且它還擁有一個(gè)非常親密的小同伴——一個(gè)大約擁有7個(gè)太陽質(zhì)量的藍(lán)色恒星，兩個(gè)巨大恒星相互之間的引力將它們扭曲成了明顯的橢球。

這樣巨大的恒星既有可能最終演化成II型超新星（質(zhì)量超過太陽10倍以上的大質(zhì)量恒星演化而來的超新星被稱為II型超新星），也有可能像飛馬座IK那樣，最終演化成一個(gè)Ia型超新星。最終結(jié)果如何，端賴它們未來的演化方式。

如今的角宿一可能接近于耗盡了自己的燃料，開始演化成紅巨星。角宿一那扭曲的“體型”和快速的自轉(zhuǎn)將會(huì)把外層的質(zhì)量甩到它的同伴中去，同時(shí)還伴隨著額外的質(zhì)量流失到宇宙空間中。天文學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，角宿一曾經(jīng)的質(zhì)量可能是太陽的十七八倍那么大，如今已經(jīng)失去了大約七八個(gè)太陽的質(zhì)量了，而質(zhì)量較小的那顆藍(lán)色伴星已經(jīng)吸收了那堆質(zhì)量的50%到80%。

未來，如果角宿一的質(zhì)量繼續(xù)下滑到核心塌縮所需的臨界值，它將成為一顆白矮星，數(shù)百萬年后，它的結(jié)局會(huì)很像飛馬座IK——變成白矮星，轉(zhuǎn)而以Ia型超新星爆發(fā)出來。

如果角宿一的質(zhì)量不再下滑，它在未來幾百萬年內(nèi)可能會(huì)以一個(gè)微弱的II型超新星爆發(fā)。

獵戶座的巨獸

如果要找一個(gè)孕育超新星的恒星的典范，那就是參宿四——一顆距離地球640光年、已經(jīng)進(jìn)入紅巨星階段的恒星。參宿四誕生于800萬年前，擁有20個(gè)太陽的質(zhì)量，如果這頭巨獸放在了我們太陽系的中心，它將吞噬木星軌道以內(nèi)的所有行星。就像處于這種質(zhì)量范圍內(nèi)的大多數(shù)恒星，這一巨獸的生命歷程極為短暫，雖然它剛剛誕生于800萬年前，但已經(jīng)接近生命的終點(diǎn)了（相比之下，我們的太陽已經(jīng)是50億歲了，但還是一顆中年恒星）。據(jù)天文學(xué)家們估計(jì)，參宿四將會(huì)在今后的2萬年到10萬年之間爆發(fā)。

參宿四的爆發(fā)將產(chǎn)生巨大的中微子洪流，天文學(xué)家們估計(jì)，來自參宿四的中微子的能量將大約有太陽的1000倍，這些幽靈般的粒子以光速旅行，但很少與物質(zhì)發(fā)生相互作用，它們能夠在長達(dá)1光年的固態(tài)鉛內(nèi)穿越而不碰到任何一個(gè)原子。所以來自參宿四的中微子的爆發(fā)并不會(huì)帶來對(duì)于地球和其居民的傷害，反而會(huì)成為天文學(xué)家捕捉中微子研究宇宙奧秘的大好時(shí)機(jī)，這真是天文學(xué)的福音。

根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，天文學(xué)家們預(yù)計(jì)，當(dāng)超新星的沖擊波破壞了恒星的可見的明顯的表面時(shí)，跟隨中微子而出現(xiàn)的將會(huì)是紫外線或者是微弱的X射線閃光，再隨后，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)爆炸產(chǎn)生的迅速增強(qiáng)的可見光信號(hào)。在爆炸過后兩星期左右，參宿四將發(fā)出最耀眼的光芒，達(dá)到最大的亮度，然后出現(xiàn)一個(gè)光度平緩下降的穩(wěn)定時(shí)期。100天后，參宿四將會(huì)迅速地褪色，然而，我們地球上的人仍然可以在白晝看到它，兩年后，成為超新星的參宿四仍然可以匹敵天狼星，成為夜晚最亮的明星。在此之后，這場(chǎng)演出仍然不會(huì)結(jié)束，天文學(xué)家們預(yù)計(jì)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空前的年輕超新星遺址——中子星形成的場(chǎng)面，而且大約在爆炸發(fā)生后600萬年，還會(huì)有一個(gè)減弱了許多的沖擊波穿越廣闊的星際空間抵達(dá)太陽系，并將會(huì)花費(fèi)超過1000年的時(shí)間穿過太陽系，去向更遠(yuǎn)的地方。

參宿四可能不是獵戶座中唯一的超新星候選者，位于參宿四對(duì)面的獵戶座左膝蓋的參宿七可能也會(huì)在不太遙遠(yuǎn)的未來發(fā)生超新星爆炸。它比超新星參宿四稍微暗一點(diǎn)，因?yàn)樗x地球更遠(yuǎn)，有850光年。

其他的超新星候選者

參宿四還不是最大的超新星爆發(fā)者，在我們的銀河系中，還有更多的恒星巨無霸，它們快速成長，快速爆發(fā)，變成閃耀宇宙空間的超新星。

船帆座γ2是一個(gè)含有距離地球最近的沃爾夫—拉葉恒星的雙星系統(tǒng)，位于距離地球約1100光年的地方。主星是一個(gè)擁有30個(gè)太陽質(zhì)量的超級(jí)巨星，它的伴星目前擁有9個(gè)太陽的質(zhì)量，但在出生時(shí)卻可能有著25到40個(gè)太陽的質(zhì)量。天文學(xué)家們估計(jì)這一雙星系統(tǒng)已經(jīng)存在超過500萬年了，這意味著這一巨大質(zhì)量的恒星已經(jīng)處于它的晚年了。如今，沃爾夫—拉葉恒星吹出的強(qiáng)大的恒星風(fēng)已經(jīng)剝掉了外表巨大的氫層，甚至還削去了靠內(nèi)一點(diǎn)的氦層。這種恒星發(fā)出的輻射大部分是紫外線，所以即使它溫度很高，但卻并不十分明亮。未來，這個(gè)雙星系統(tǒng)的伴星將會(huì)形成一個(gè)鐵核，然后塌縮、爆炸，并可能留下一個(gè)黑洞。在此過程中，會(huì)帶來一個(gè)長期的伽馬射線風(fēng)暴，橫掃周圍的星際空間，這是由于恒星塌縮形成黑洞的過程中激發(fā)了最高能量的輻射。

超新星最后的候選恒星是距離地球5200光年的蛇夫座RS，它是一種不同類型的雙星系統(tǒng)，稱為共生再發(fā)新星。這種彼此緊靠在一起的恒星組合中，包含著一個(gè)正在反復(fù)爆發(fā)的稱為“新星”的白矮星，從效果上很像是一個(gè)小規(guī)模的超新星。當(dāng)氫從一個(gè)正常恒星流動(dòng)到白矮星上，白矮星上會(huì)漸漸積累起一個(gè)表層，當(dāng)氫積累到足夠多的時(shí)候，就會(huì)到達(dá)一個(gè)臨界值，發(fā)生一次失控的核爆炸。但爆炸的僅僅是積累起來的氫層，白矮星本身是安然無恙的，它還會(huì)接二連三地經(jīng)歷這一過程。這種典型的生產(chǎn)“新星”的系統(tǒng)每爆發(fā)一次大約間隔1萬年。但是蛇夫座RS更加罕見，它的主星不是正常恒星，而是一顆紅巨星，紅巨星外層的氫使得白矮星積累氣體的速度要快許多，大約20年的時(shí)間就可以爆發(fā)一次，最近一次是在2006年。

盡管超新星爆發(fā)非常暴力，但正是超新星把一個(gè)貧瘠的宇宙變成了一個(gè)可以孕育生命的宇宙，因?yàn)槌滦潜l(fā)散射出了巨大恒星所鑄造的重元素。不論是蛇夫座RS、船帆座γ2、參宿四或者其他恒星，來自下一顆超新星的輻射光可能已經(jīng)上路了，它們將為天文愛好者帶來喜悅，為天文學(xué)家們帶來科學(xué)寶藏。