守望宇宙中的下一朵煙花

蘇一橫

預言未來的超新星

在太陽的內部，每秒鐘約有6億噸的氫聚變成5.96億噸的氦，而“失蹤”的那400萬噸質量直接變成了能量，也就是陽光。在天文學家眼中，晴朗夜空里的每一顆“正常”恒星都在做類似的事情——它們都等同于一個被引力束縛住的核聚變反應堆，并依靠核聚變產生的能量來對抗自身強大的萬有引力。

但是，一旦恒星的引力向內坍縮，產生擠壓的力量將使核聚變反應開始失控，以致恒星發生劇烈的爆炸。根據天文學家們的估計，在銀河系中，平均每過100多年就會有一顆熾熱恒星發生爆炸。

恒星爆炸的結果是出現一顆超新星，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。超新星爆發可能會完全摧毀恒星，也可能會留下一個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大引力。

在過去400年里，天文學家只在銀河系觀察到了兩顆超新星的爆發，但隨著天文學家們對超新星爆發機制的理解越來越深入，現在，他們已經能夠預言，銀河系中將有哪些著名的恒星注定要爆發，當那一刻來臨的時候，夜空將會上演一場壯麗的煙花。

下面我們來看看，在未來，銀河系里將會有哪些超新星爆發？

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，有兩顆恒星是首當其沖的。值得慶幸的是，這兩顆恒星并沒有非常靠近太陽系，不足以給地球帶來重大威脅。

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，當它在遙遠的未來真正成為超新星時，其與地球的距離將會大大拉遠。飛馬座IK的主星是一個重達1.7個太陽質量的主序星，伴星是一個緊湊沉重的白矮星，它只有地球那么大的體積，卻擁有1.2個太陽的質量。白矮星代表著類似于太陽的輕型恒星的暮年，它已經不能通過穩定的內部核反應產生能量。但是，當白矮星的質量處于大約1.4個太陽質量的時候，它卻會再次點燃一次過程極其迅速的失控的核聚變，發生大爆炸，變成Ia型超新星（白矮星爆發時產生的超新星被稱為“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，質量緩慢增加，一步步走向爆炸性的死亡邊緣，最終會演變成一次宇宙的煙花綻放——爆發出超新星明亮的光芒。

另一個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，質量是太陽的10倍，自轉速度也超快，比太陽快80倍，而且它還擁有一個非常親密的小同伴——一個大約擁有7個太陽質量的藍色恒星，兩個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（質量超過太陽10倍以上的大質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Ia型超新星。最終結果如何，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”和快速的自轉將會把外層的質量甩到它的同伴中去，同時還伴隨著額外的質量流失到宇宙空間中。天文學家們研究發現，角宿一曾經的質量可能是太陽的十七八倍那么大，如今已經失去了大約七八個太陽的質量了，而質量較小的那顆藍色伴星已經吸收了那堆質量的50%到80%。

未來，如果角宿一的質量繼續下滑到核心塌縮所需的臨界值，它將成為一顆白矮星，數百萬年后，它的結局會很像飛馬座IK——變成白矮星，轉而以Ia型超新星爆發出來。

如果角宿一的質量不再下滑，它在未來幾百萬年內可能會以一個微弱的II型超新星爆發。

獵戶座的巨獸

如果要找一個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、已經進入紅巨星階段的恒星。參宿四誕生于800萬年前，擁有20個太陽的質量，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的所有行星。就像處于這種質量范圍內的大多數恒星，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，但已經接近生命的終點了（相比之下，我們的太陽已經是50億歲了，但還是一顆中年恒星）。據天文學家們估計，參宿四將會在今后的2萬年到10萬年之間爆發。

參宿四的爆發將產生巨大的中微子洪流，天文學家們估計，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，但很少與物質發生相互作用，它們能夠在長達1光年的固態鉛內穿越而不碰到任何一個原子。所以來自參宿四的中微子的爆發并不會帶來對于地球和其居民的傷害，反而會成為天文學家捕捉中微子研究宇宙奧秘的大好時機，這真是天文學的福音。

根據計算機模擬的結果，天文學家們預計，當超新星的沖擊波破壞了恒星的可見的明顯的表面時，跟隨中微子而出現的將會是紫外線或者是微弱的X射線閃光，再隨后，將會出現一個爆炸產生的迅速增強的可見光信號。在爆炸過后兩星期左右，參宿四將發出最耀眼的光芒，達到最大的亮度，然后出現一個光度平緩下降的穩定時期。100天后，參宿四將會迅速地褪色，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，這場演出仍然不會結束，天文學家們預計將會出現一個空前的年輕超新星遺址——中子星形成的場面，而且大約在爆炸發生后600萬年，還會有一個減弱了許多的沖擊波穿越廣闊的星際空間抵達太陽系，并將會花費超過1000年的時間穿過太陽系，去向更遠的地方。

參宿四可能不是獵戶座中唯一的超新星候選者，位于參宿四對面的獵戶座左膝蓋的參宿七可能也會在不太遙遠的未來發生超新星爆炸。它比超新星參宿四稍微暗一點，因為它離地球更遠，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，變成閃耀宇宙空間的超新星。

船帆座γ2是一個含有距離地球最近的沃爾夫—拉葉恒星的雙星系統，位于距離地球約1100光年的地方。主星是一個擁有30個太陽質量的超級巨星，它的伴星目前擁有9個太陽的質量，但在出生時卻可能有著25到40個太陽的質量。天文學家們估計這一雙星系統已經存在超過500萬年了，這意味著這一巨大質量的恒星已經處于它的晚年了。如今，沃爾夫—拉葉恒星吹出的強大的恒星風已經剝掉了外表巨大的氫層，甚至還削去了靠內一點的氦層。這種恒星發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，這個雙星系統的伴星將會形成一個鐵核，然后塌縮、爆炸，并可能留下一個黑洞。在此過程中，會帶來一個長期的伽馬射線風暴，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，稱為共生再發新星。這種彼此緊靠在一起的恒星組合中，包含著一個正在反復爆發的稱為“新星”的白矮星，從效果上很像是一個小規模的超新星。當氫從一個正常恒星流動到白矮星上，白矮星上會漸漸積累起一個表層，當氫積累到足夠多的時候，就會到達一個臨界值，發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，它還會接二連三地經歷這一過程。這種典型的生產“新星”的系統每爆發一次大約間隔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年的時間就可以爆發一次，最近一次是在2006年。

盡管超新星爆發非常暴力，但正是超新星把一個貧瘠的宇宙變成了一個可以孕育生命的宇宙，因為超新星爆發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上路了，它們將為天文愛好者帶來喜悅，為天文學家們帶來科學寶藏。