守望宇宙中的下一朵烟花

苏一横

預言未来的超新星

在太阳的内部，每秒钟约有6亿吨的氢聚变成5.96亿吨的氦，而“失踪”的那400万吨质量直接变成了能量，也就是阳光。在天文学家眼中，晴朗夜空里的每一颗“正常”恒星都在做类似的事情——它们都等同于一个被引力束缚住的核聚变反应堆，并依靠核聚变产生的能量来对抗自身强大的万有引力。

但是，一旦恒星的引力向内坍缩，产生挤压的力量将使核聚变反应开始失控，以致恒星发生剧烈的爆炸。根据天文学家们的估计，在银河系中，平均每过100多年就会有一颗炽热恒星发生爆炸。

恒星爆炸的结果是出现一颗超新星，它比太阳明亮100亿倍，光芒胜过其近邻所有恒星光芒的总和。超新星爆发可能会完全摧毁恒星，也可能会留下一个被引力压碎的恒星残核——中子星和黑洞。两者都是宇宙中最致密的“极端天体”，前者的密度是水密度的100万亿倍，后者拥有着连光线都无法挣脱的强大引力。

在过去400年里，天文学家只在银河系观察到了两颗超新星的爆发，但随着天文学家们对超新星爆发机制的理解越来越深入，现在，他们已经能够预言，银河系中将有哪些著名的恒星注定要爆发，当那一刻来临的时候，夜空将会上演一场壮丽的烟花。

下面我们来看看，在未来，银河系里将会有哪些超新星爆发？

近邻的超新星炸弹

在距离地球较近的超新星候选者清单中，有两颗恒星是首当其冲的。值得庆幸的是，这两颗恒星并没有非常靠近太阳系，不足以给地球带来重大威胁。

飞马座IK是目前已知最接近地球的潜在超新星，距离地球150光年。不过，当它在遥远的未来真正成为超新星时，其与地球的距离将会大大拉远。飞马座IK的主星是一个重达1.7个太阳质量的主序星，伴星是一个紧凑沉重的白矮星，它只有地球那么大的体积，却拥有1.2个太阳的质量。白矮星代表着类似于太阳的轻型恒星的暮年，它已经不能通过稳定的内部核反应产生能量。但是，当白矮星的质量处于大约1.4个太阳质量的时候，它却会再次点燃一次过程极其迅速的失控的核聚变，发生大爆炸，变成Ia型超新星（白矮星爆发时产生的超新星被称为“I a型超新星”）。

飞马座I K的白矮星伴星显然还不足以变成超新星，但如果老化的主星一直在膨胀，以至于它的大气跑到了白矮星，白矮星不停地聚集、吸收主星的物质，质量缓慢增加，一步步走向爆炸性的死亡边缘，最终会演变成一次宇宙的烟花绽放——爆发出超新星明亮的光芒。

另一个潜力恒星来自距离地球260光年之外的角宿一（即室女座α星），它的类型与飞马座I K完全不同。角宿一是人类已知的最热的恒星之一，其亮度是太阳的12000倍，质量是太阳的10倍，自转速度也超快，比太阳快80倍，而且它还拥有一个非常亲密的小同伴——一个大约拥有7个太阳质量的蓝色恒星，两个巨大恒星相互之间的引力将它们扭曲成了明显的椭球。

这样巨大的恒星既有可能最终演化成II型超新星（质量超过太阳10倍以上的大质量恒星演化而来的超新星被称为II型超新星），也有可能像飞马座IK那样，最终演化成一个Ia型超新星。最终结果如何，端赖它们未来的演化方式。

如今的角宿一可能接近于耗尽了自己的燃料，开始演化成红巨星。角宿一那扭曲的“体型”和快速的自转将会把外层的质量甩到它的同伴中去，同时还伴随着额外的质量流失到宇宙空间中。天文学家们研究发现，角宿一曾经的质量可能是太阳的十七八倍那么大，如今已经失去了大约七八个太阳的质量了，而质量较小的那颗蓝色伴星已经吸收了那堆质量的50%到80%。

未来，如果角宿一的质量继续下滑到核心塌缩所需的临界值，它将成为一颗白矮星，数百万年后，它的结局会很像飞马座IK——变成白矮星，转而以Ia型超新星爆发出来。

如果角宿一的质量不再下滑，它在未来几百万年内可能会以一个微弱的II型超新星爆发。

猎户座的巨兽

如果要找一个孕育超新星的恒星的典范，那就是参宿四——一颗距离地球640光年、已经进入红巨星阶段的恒星。参宿四诞生于800万年前，拥有20个太阳的质量，如果这头巨兽放在了我们太阳系的中心，它将吞噬木星轨道以内的所有行星。就像处于这种质量范围内的大多数恒星，这一巨兽的生命历程极为短暂，虽然它刚刚诞生于800万年前，但已经接近生命的终点了（相比之下，我们的太阳已经是50亿岁了，但还是一颗中年恒星）。据天文学家们估计，参宿四将会在今后的2万年到10万年之间爆发。

参宿四的爆发将产生巨大的中微子洪流，天文学家们估计，来自参宿四的中微子的能量将大约有太阳的1000倍，这些幽灵般的粒子以光速旅行，但很少与物质发生相互作用，它们能够在长达1光年的固态铅内穿越而不碰到任何一个原子。所以来自参宿四的中微子的爆发并不会带来对于地球和其居民的伤害，反而会成为天文学家捕捉中微子研究宇宙奥秘的大好时机，这真是天文学的福音。

根据计算机模拟的结果，天文学家们预计，当超新星的冲击波破坏了恒星的可见的明显的表面时，跟随中微子而出现的将会是紫外线或者是微弱的X射线闪光，再随后，将会出现一个爆炸产生的迅速增强的可见光信号。在爆炸过后两星期左右，参宿四将发出最耀眼的光芒，达到最大的亮度，然后出现一个光度平缓下降的稳定时期。100天后，参宿四将会迅速地褪色，然而，我们地球上的人仍然可以在白昼看到它，两年后，成为超新星的参宿四仍然可以匹敌天狼星，成为夜晚最亮的明星。在此之后，这场演出仍然不会结束，天文学家们预计将会出现一个空前的年轻超新星遗址——中子星形成的场面，而且大约在爆炸发生后600万年，还会有一个减弱了许多的冲击波穿越广阔的星际空间抵达太阳系，并将会花费超过1000年的时间穿过太阳系，去向更远的地方。

参宿四可能不是猎户座中唯一的超新星候选者，位于参宿四对面的猎户座左膝盖的参宿七可能也会在不太遥远的未来发生超新星爆炸。它比超新星参宿四稍微暗一点，因为它离地球更远，有850光年。

其他的超新星候選者

参宿四还不是最大的超新星爆发者，在我们的银河系中，还有更多的恒星巨无霸，它们快速成长，快速爆发，变成闪耀宇宙空间的超新星。

船帆座γ2是一个含有距离地球最近的沃尔夫—拉叶恒星的双星系统，位于距离地球约1100光年的地方。主星是一个拥有30个太阳质量的超级巨星，它的伴星目前拥有9个太阳的质量，但在出生时却可能有着25到40个太阳的质量。天文学家们估计这一双星系统已经存在超过500万年了，这意味着这一巨大质量的恒星已经处于它的晚年了。如今，沃尔夫—拉叶恒星吹出的强大的恒星风已经剥掉了外表巨大的氢层，甚至还削去了靠内一点的氦层。这种恒星发出的辐射大部分是紫外线，所以即使它温度很高，但却并不十分明亮。未来，这个双星系统的伴星将会形成一个铁核，然后塌缩、爆炸，并可能留下一个黑洞。在此过程中，会带来一个长期的伽马射线风暴，横扫周围的星际空间，这是由于恒星塌缩形成黑洞的过程中激发了最高能量的辐射。

超新星最后的候选恒星是距离地球5200光年的蛇夫座RS，它是一种不同类型的双星系统，称为共生再发新星。这种彼此紧靠在一起的恒星组合中，包含着一个正在反复爆发的称为“新星”的白矮星，从效果上很像是一个小规模的超新星。当氢从一个正常恒星流动到白矮星上，白矮星上会渐渐积累起一个表层，当氢积累到足够多的时候，就会到达一个临界值，发生一次失控的核爆炸。但爆炸的仅仅是积累起来的氢层，白矮星本身是安然无恙的，它还会接二连三地经历这一过程。这种典型的生产“新星”的系统每爆发一次大约间隔1万年。但是蛇夫座RS更加罕见，它的主星不是正常恒星，而是一颗红巨星，红巨星外层的氢使得白矮星积累气体的速度要快许多，大约20年的时间就可以爆发一次，最近一次是在2006年。

尽管超新星爆发非常暴力，但正是超新星把一个贫瘠的宇宙变成了一个可以孕育生命的宇宙，因为超新星爆发散射出了巨大恒星所铸造的重元素。不论是蛇夫座RS、船帆座γ2、参宿四或者其他恒星，来自下一颗超新星的辐射光可能已经上路了，它们将为天文爱好者带来喜悦，为天文学家们带来科学宝藏。