它轟然離去,留下一片雲彩——悲壯而美麗的超新星

從某種意義上說,恆星就像人一樣:它們出生,活著最後死去。恆星的“生存”依賴於其中心區域的輕元素聚變成重元素。

這樣的“燃燒”產生的壓力讓恆星承受住了它外層壓向星核的巨大引力 。不過,可供恆星聚變的元素是有限的,當它們枯竭之時恆星就“死了”:這時的恆星性質迅速而劇烈地改變,一個新的天體就此誕生。星際死亡中最慘烈(也最壯觀)者當屬超新星了。


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超新星生活史

無論質量大小,所有恆星都靠將氫原子核聚變成氦原子核來度過它一生的大部分時間:我們稱這個階段為主序。當恆星內部的氫被完全轉化成了氦時,恆星將開始“燃燒”氦並生成碳。然而,星核中的氦也同樣會被耗盡,因此,恆星必須有足夠高的溫度聚變出越來越重的新元素,才能在輕元素逐個耗盡時繼續存活下去。這種“生活方式”對那些質量比5個太陽更大的恆星來說輕而易舉:起初它們燃燒氫,然後是氦,再到碳、氧、硅,以此類推。


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隨著恆星逐漸老去,它們開始試著聚變出鐵。鐵有個特別之處:它是元素週期表中聚合時不會釋放能量的最輕的元素。這就好比,如果你試圖將鐵聚合在一起,你並不能得到額外的能量。相反,你現在有的比開始時更少了!這意味著鐵的聚合不但不能產生額外的壓力去支撐老年恆星日漸擴張的外層,反而會從星核中抽走熱能。這樣下去,再沒有什麼力量可以對抗恆星外層持續的引力了。


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這樣的後果就是:坍縮!由於內核中鐵聚變無法產生足夠的向外擴張的壓力,恆星的外層將向中心墜落而去。這個過程也叫做“爆聚”。這種由外向內推進的 “爆炸”發生得很快,只需大約15秒就完成了。坍縮的過程中,處於恆星外部的原子核因受壓彼此緊緊挨在一起,這樣的“親密接觸”使得比鐵更重的元素形成了。

接下來會發生什麼取決於恆星的質量。質量相當於大約5到8個太陽的恆星在爆聚中形成中子星:它們中心區域的原子核被壓得結結實實,組成了一個緻密的中子內核。


它轟然離去,留下一片雲彩——悲壯而美麗的超新星


恆星外層物質觸核反彈,引起災難性的大爆炸:這就是超新星的可見部分了。質量比10個太陽加起來更大的恆星們則有著截然不同的命運。這些恆星的外層劇烈坍縮如天崩地裂,墜落物質帶來的壓力大到即便是中子星處於其中都自身難保。實際上,沒有什麼作用力強大到可以與這樣的坍縮抗衡:於是這一類超新星創造出了黑洞,也就是一片的極小極致密的時空區域,連光都逃不出它的魔爪。不過這種情況下的大爆炸具體是如何發生的還需要進一步研究。如果你想要觀測到超新星,耐心巡視搜索天空中未曾出現過的明亮物體是發現它們的好辦法。即使是由單一恆星形成的超新星,它在達到最高光度的時候也很可能比一整個星系還要亮。


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宇宙中的輪迴

超新星是巨大宇宙循環體系的基礎。人們相信,宇宙中幾乎所有比氫和氦重的元素都是產生於活著的恆星中心,或者產生於標誌著更大恆星死亡的超新星爆發了。超新星將新合成的物質拋撒向它周圍的星際空間;這些物質作為原料將孕育出新一代不計其數的恆星, 

讓新一輪循環開啟。我們認為太陽上的重元素就是這麼來的。同理,地球上所有(包括人體內!)的重元素也一定是這麼來的,因為太陽系的行星都形成於環繞在原太陽周圍吸積盤的殘餘物質。歸根到底,我們都是星塵呀!


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蟹狀星雲,超新星的遺蹟。

這張拼接而成的照片是由NASA 哈勃太空望遠鏡拍攝的蟹狀星雲有史以來最大的照片之一。蟹狀星雲是一個寬6光年的超新星爆發遺蹟。日本,中國的天文學家以及美洲原住民早在1000年前的1054年就記錄下了這個驚世奇觀。

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SNR 0509-67.5,超新星的遺蹟。

照片來自NASA哈勃太空望遠鏡。這是一團靜靜漂浮在太空深處的優美氣體球。它無瑕的外殼,亦或是泡泡,是受到超新星爆發衝擊波而被衝開的氣體。

這個泡泡叫做 SNR 0509-67.5 (簡稱SNR 0509),是大麥哲倫雲(LMC,一個距離地球大約16萬光年的小星系)內部一次猛烈的星體爆炸留下的可見遺蹟。

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