第15章 超新星爆发
瑞士天文学家弗里茨·兹威基(见图15-1)的职业生涯,大部分是在加州理工学院、威尔逊山天文台和帕洛玛天文台(Palomar Observatory)度过的。兹威基富有创造力,注重原创性思维,对时下流行的学说不太理睬,而是敢于提出自己的独立见解。他常自称是一匹独狼,也的确不怎么喜欢与人来往,这使他对不那么优秀的同行缺少同情心,批评起来也是毫不客气。他在《致密星系与喷发后星系选录》(Catalogue of Selected Compact Galaxies and Post-Eruptive Glaxies)的导言中写道:
溜须拍马者和窃贼之流一向讨厌独狼,因为后者从不对他们阿谀奉承,摇尾乞怜,(他们)篡改观测数据以掩盖自己工作上的缺点,让大多数天文学家接受并相信他们那些充满偏见和错误的结果和解释,(这就是为什么他们)发表在天文学刊物上的论文都是一些无用的垃圾。
而让兹威基最厌恶至极的,还是那些他称之为“球形混蛋”的人,因为他们“无论从哪方面看,都是混蛋”。这么看来,也难怪兹威基在学术圈里交不到几个朋友了。不管他那一番慷慨陈词是否有理,他的宝贵创见却不为人所接受,他的研究成果也迟迟没能为他赢得应有的声誉。他的那些极富想象力的想法,虽然有一些是错的,但更多的是正确的,而且还超前了几十年。20世纪30年代,他开始研究引力透镜、暗物质和中子星,取得了许多重要的科学突破,对恒星爆发的研究就是其中之一。
客星
如果有一天,天空中突然不知道从哪里冒出来一颗星星,那它有可能是一颗刚形成的恒星,人们称之为新星。然后,这颗新星会逐渐变暗,直至消失不见。这样的景象在几千年里不断上演。我们现在知道,这些新星其实是白矮星上的巨大核爆产生的。有些白矮星就像定时炸弹,定期发生爆炸,放出明亮耀眼的光芒,比如蛇夫座RS,它分别在1898年、1933年、1958年、1967年、1985年和2006年爆发过。
我们在史料中还能看到突然出现极亮恒星的罕见记载,比如,丹麦天文学家第谷·布拉赫(Tycho Brahe)就曾在1572年见过一颗这样的新星(见图15-2),德国天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)在1604年也看到过一颗,类似的记载在中国的史书里也有几处,中国人称之为客星。1006年5月1日,豺狼座[1] 里突然出现了一颗明亮的新星,日本、中国、伊拉克,甚至连瑞士的圣加尔修道院的历史文献都对此事有记载。这颗新星一连数月光芒不减,在白天都能看见,根据埃及天文学家阿里·伊本·里德万(Ali ibn Ridwan)的记录,它的亮度接近满月的1/4。这样的客星可比寻常的新星明亮多了,不过,自开普勒之后直到1930年,在长达300多年的时间里,人们再未见过一颗类似的明亮客星。
广袤的宇宙
直到20世纪20年代,哈勃的研究工作才让人们见识到宇宙的广袤无垠。以前,人们一直以为星系不过是近处的一些气体云,后来才知道它们实际上和银河系一样,也是巨大的恒星集合体,而且远在几百万光年以外,我们所居住的银河系不过是宇宙中数千亿个星系中的一个(见图15-3)。
人们偶尔也会看到,其他的星系里突然冒出来一颗新星,比如,1885年,仙女星系(当时叫仙女星云)里就出现了一颗新星。1931年,兹威基和沃尔特·巴德(Walter Baade)认识到,如果这些新星是距离我们几百万光年的星系里的天体,那它们肯定就是第谷所见过的那种超级明亮的新星。他们把这些壮观的恒星爆发称为超新星爆发,并且指出,既然它们比新星明亮许多,就肯定有与新星完全不同的成因,它们一定是更加激烈的恒星爆炸事件产生的(见图15-4)。很快地,这两位天文学先驱就在其他遥远星系里找到了实例,而且,为了找到更多的例子,他们还展开了系统的搜寻。
宇宙里的烟花表演
在兹威基和巴德刚开始研究超新星的时候,核物理学还未出现,人们对恒星的认识也还处于初级阶段。我们已经知道,恒星通过核聚变反应产生能量。在恒星一生中的绝大部分时间里,星核里一直在进行着核聚变反应,逐渐把氢转变成氦,同时释放出能量,帮助恒星抵抗自身的引力,避免坍缩。
如果恒星的质量非常大,它会飞快地消耗它的核燃料,等到星核里的氢全部变成氦,星核就会收缩,温度随之升高,直到点燃下一轮核聚变反应,把氦转变成碳和氧。质量最大的那些恒星还能点燃更进一步的核反应,生成氖、镁、硅、硫甚至铁,不过在那以后,星核内便不会再有更进一步的核反应发生了。对这些恒星来说,最终的坍缩由此开始;坍缩释放出巨大的能量,在一场超新星爆发中,恒星被炸得四分五裂。
当爆炸的烟雾散尽,星核已经变成了一个和原子核一样致密的天体,它们就是所谓的中子星。质量更大的恒星在爆炸之后,星核还会继续坍缩,最终形成黑洞。
最有名的超新星遗迹,还要数蟹状星云(见第16章里的图16-3);
1054年曾发生过一次超新星爆发,它就是那场爆炸留下的遗迹,能量强劲。图15-5里的那个蔚为壮观的天体名叫水母星云,是一个年代更久远的超新星爆发留下的遗迹。在蟹状星云和水母星云的中心,都有一颗快速自转的中子星,它们就是恒星在爆炸后留下的超致密的星核。
除了前面提到的这种超新星爆发,其实还有另一种重要的超新星爆发,它的成因与前者截然不同,它实际上是白矮星因为从伴星那里获得了大量物质,结果引发了失控的热核反应所产生的。科学家认为,这种惊天动地的大爆炸会把白矮星彻底炸毁,只留下一团迅速膨胀的气体云,云里全是爆炸产生的各种重金属元素。我们之前曾提到过,1006年突然出现了一颗异常明亮的新星,在世界各地的历史文献中均有记载,这颗新星就是一个例子。1965年,科学家终于找到了那场爆发留下的遗迹(见图15-6)——在距离我们7000光年的地方,有一团极其炽热的气体云,它目前的宽度为60光年,而且还在以每小时1000万公里的速度飞快地膨胀着。
- 豺狼座是南半球天空里的星座,在我国南方仅有几个省份在春天的晚上才能看到它。——译者注
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