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最耀眼的死亡

2016-12-22眠眠

科学大众(中学) 2016年6期
关键词:金牛座超新星新星

眠眠

2016年1月。北京大学的天文学家发现了一颗极度“灿烂夺目”的星体,为什么这样形容呢?因为它的亮度是太阳的5 700亿倍之多!它照亮了周围数十光年以内的全部星空,在它的光芒之下,连宇宙中亘古长夜的黑暗,都被驱散得无影无踪,这种星体,有个与其相配的酷炫名字,叫做“超新星”。

超新星是什么?

超新星的名字来源于拉丁文“SuperNova”。当时西方的天文学家发现星空中忽然显现出一颗极为明亮的星星,而此前却从未见过,便以为它是新近形成的,于是命名为新星。而超新星,则是比新星更加明亮而稀少的存在。于是,便在新星前又加上了“超”字来修饰。

这一看法后来被证实是错误的。这些“新星”和“超新星”,原本只是些普通的恒星,数百亿年的漫漫时光里,它们都默默无闻地徜徉于苍穹之中。然而,当它们即将走到生命的终点时,却会爆发出惊天动地的能量,仿佛一生的寂寥,都于此刻尽情绽放。它们死亡之前的剧烈爆炸,会持续几周到两个月的短暂时间,然后才渐渐寂灭。这短短的时间里,超新星所释放出的能量,可以和太阳终其一生产生的能量总和相媲美。

在爆炸中,超新星自身几乎全部的物质都会被加速到光速的十分之一左右,像火山爆发一样喷薄而出。这种喷射出的星际物质,形成一种辐射波,最终会转变为由膨胀气体和尘埃所构成的壳状结构。距离太阳6 000光年的蟹状星云,就是这样的产物,它们也被称为超新星遗迹。这些绚丽多彩的星云,如同超新星的坟墓一般,永远埋葬着它们残存的遗体。

超新星爆炸的真相

为什么超新星在死亡之前,会激发如此剧烈的大爆炸呢?让我们从一颗正常的恒星开始说起。如同太阳一般照耀万物的恒星所散发出的光和热,通过核聚变反应,恒星内部的氢元素不断变为氦元素。这样的反应会不断释放出光子,光子产生的光压和恒星的引力相互抵消,让恒星能够保持相对的平衡和稳定。

当一颗质量足够大的恒星走到生命末期时,“衰老”的它无法再产生足够的热核反应了。此时的它就好像忽然熄了火一样,失去了光压,再也没办法支持本身的庞大质量。于是,在自身引力的作用下,“老恒星”开始迅速地坍缩,最终变成一颗密度巨大的中子星,或者是比中子星密度更高的存在——黑洞。而坍缩的过程中,“老恒星”外层的物质高速向内核运动,最终撞击在坚硬无比的内核上,又被猛烈反弹出去,从而产生惊人的大爆炸。“老恒星”也就变成了光辉夺目的超新星。

古人也见过超新星

公元1054年7月4日,金牛座一颗超新星爆炸产生的光芒,经历了6 000多年之后,终于抵达遥远的地球。天宇之上,出现了一颗竟然比月亮还要明亮的星星,它就像一座忽然点亮的灯塔,照耀着宋朝的夜空。这颗星星存在了两年时间,又忽然消失了。然而它并没有被人们遗忘,北宋的钦天监官员记载了超新星的存在,并留存在史书《宋会要》之中:“至和元年五月,晨出东方,守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。”就在同一时期,北美的印第安人也同样观察到了这一现象,并记录在壁画上。

然而,这并非是世界上最早的超新星历史记录。早在公元1 85年的东汉,当时的天文学家们就敏锐地观察到一次超新星爆发过程,并对此做了详细的记录。他们将“超新星”命名为“客星”,意为做客而来,散席而去。这是人类历史上,最早一次对超新星爆发所留下的文字记录。

黑夜中最闪亮的“刺客”

今年1月,中国天文学家所发现的那颗超新星,被正式命名为“ASASSN-151h”。因为酷似“刺客”一词的英文“Assassin”,天文学家们将它昵称为“刺客”。“刺客”诞生所引发的爆炸,是人类有史以来观测到的最猛烈的一次。它的爆炸强度,甚至是普通超新星的200多倍。它所产生的亮度,是之前超新星最高亮度纪录的2倍,是太阳的5700亿倍,比整个银河系所有星星的亮度加起来还要亮20倍。

可是,如此璀璨的一颗星星,以前为什么没有被人肉眼看到过呢?这是因为它位于宇宙的深处,距离地球实在过于遥远,达到38亿光年之多。它就像一台功率骇人的巨型探照灯,却因为摆放得太远,最终被无尽宇宙尘埃所遮挡,黯淡了光芒。为何“刺客”会如此耀眼呢?科学家们推测它的前身是一颗体形巨大的恒星,质量超过太阳100倍以上。如此一个庞然大物,才会在寿终正寝前轰然爆发出这样惊人的能量。

超新星带来了什么?

千万不要以为超新星的出现只是一场猛烈异常的爆炸而已,在这场“宇宙级”视觉盛宴的同时,也给人类带来深远的意义。超新星是产生部分重元素的主要来源。所谓重元素,是指一切比氧原子量更大的元素,比如氟、铝、硅、金、铅等元素。这些重元素中,比铁轻的元素,是通过恒星日复一日的核聚变完成的;而比铁重的元素,99%都是在超新星爆发时的核合成中形成的,比如钚、铀、锎等放射性元素。超新星就像一个巨大的熔炉,把轻元素融合成质量更密集的重元素。

这些重元素中,铁元素所占的比例是最高的,因为它处于核聚变和核合成的分界点。在超新星爆发时,数量巨大的铁元素四散喷射,如同一颗颗巨型铁子弹,向着周遭进行“无差别攻击”。科学家认为,这些铁元素在太空中穿梭,最终来到了太阳系,并参与了太阳系行星的最初形成。这也就是说,我们地球的内核,那个磁力巨大的铁核心,也极有可能是源于某颗超新星爆发的产物。

咱们说了这么多,你一定对超新星产生兴趣了吧?其实在地球上,就可以凭借望远镜等工具观察到它们的遗迹。趁着一个晴朗的夜晚,去远离城市光污染的乡村,寻找南天方向的金牛座。先找到金牛座的牛角顶端那颗亮星,再顺着它向北望去,你会发现一团若隐若现的云雾状光芒。这便是赫赫有名的金牛座蟹状星云,也就是北宋时人们所发现的那颗超新星的遗迹。

仰望这超新星壮烈死亡后的残骸,不禁让人想起辛弃疾的那首《水调歌头》:“万事几时足,日月自西东。无穷宇宙,人是一粟太仓中。”

(责任编辑:司明婧 责任校对:曹伟)

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