恒星死亡现场

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天文学家仍在追寻导致这些奇怪恒星爆发事件的原因。显然，这些爆发现象正在为我们提供重要的线索，帮我们了解恒星的生死历程并研究最极端的温度、密度和引力条件下的物理学。通过研究各种各样的超新星，我们希望最终可以了解是什么使得恒星瓦解并转变为像黑洞这样的恒星遗骸。

在这个质量范围内的恒星有可能经历数次这样的劫难，每次丢失掉一些物质，直到最终耗尽了核燃料并像普通超新星一样爆炸。当这样一颗恒星真正死亡的时候，它会把残骸驱散到恒星周围的环境中，而这里已经充满了以前爆发留下来的外壳物质。超新星的残骸与这些外壳物质的剧烈碰撞将会产生极其明亮的恒星焰火，这可以解释一部分超亮超新星。

尽管它们没能制造出一次大爆炸，但这类形成黑洞的恒星可能至少会发出一声低鸣。这些恒星的核心被氢元素组成的稀薄气体包围。当恒星的主体被吸入黑洞的视界，这团气体可能被加热、吹散，发出微光。颇为讽刺的是，一颗非常大的恒星死亡时却只能产生一颗非常暗弱的超新星。

撰文 丹尼尔卡森（Daniel Kasen） 翻译 李文雄 审校 王晓锋

奇异超新星

失败的超新星现在我们还不清楚一颗恒星最多能有多大质量，但比较令人信服的区间大概是300~1000倍太阳质量（更大质量的恒星可能因为产生粒子对而爆炸）。你或许认为这些庞然大物会产生最壮观的超新星爆发。但实际上它们产生的往往都是哑弹。这样一颗恒星的引力太强，一旦变得不稳定，彻底坍缩将无法避免。坍缩在时空中撕开一个空洞，形成了一个比中子星更为致密的天体：黑洞。

另一种解释超亮超新星的理论是它们起源于质量稍小的恒星（约70~150个太阳质量）。天文学家认为，和更重的家族成员一样，它们也比较容易受类似的不稳定性的影响，但情况往往不会那么糟。当这类恒星开始收缩，点燃更多的核燃料后，它有可能会反弹、膨胀，并在核聚变失去控制之前使得核反应停止，从而存活下来。但在重新达到平衡状态的过程中，这颗恒星很可能会将很多外层物质吹散，产生一个“冒牌”超新星——一次类似暗弱超新星的爆发，而实际上只是恒星的一次濒死体验。

我们对动态宇宙的研究刚刚拉开序幕。在未来10年左右的时间内，将出现一批能够在几天内扫描大部分天区的新型自动望远镜，包括建于美国圣迭戈附近，即将投入使用的兹维基瞬变巡天装置；还有位于智利，正在建设中的大型综合巡天望远镜以及NASA计划发射到太空的宽视场红外巡天望远镜。这些项目将会让我们发现的超新星增加数百倍。同时，先进的超级计算机将会有能力构建这些事件的精细三维数值模拟，使我们可以看到这些爆炸恒星核心深处可能发生的事情。

天文学家几乎从来没有观测到超新星的X射线暴，而且我们也很难从历史数据中找到超新星前身恒星的图像。正常情况下我们看到的仅仅是爆炸的余波：膨胀中的巨大云团和持续数周可见的放射性残骸。通过观测这些灰烬，我们试图推理出爆炸之前的恒星是什么类型以及它是如何被摧毁的。

在最近发现的奇怪超新星家族的成员中，最引人注目的也许是那些能量最高的爆炸——我称之为超亮超新星（ultranovae），它们的亮度是正常超新星的100倍以上，是目前发现的最亮、最远的超新星，几乎在整个可观测宇宙中都可看见。这种事件是极为罕见的，可能1000次超新星爆发中只有1个这样的例子。天文学家现在还没有确定无疑的证据来解释这些爆发为什么这么亮。但他们提出了三个主要的理论。可能其中的某个理论可以解释大多数甚至所有我们看到的超亮超新星，但更可能的是，三种物理图景都有一定的发生概率。

自动化巡天在近几年记录到了这种大质量恒星晚年的暴躁活动。2009年，天文学家注意到一颗看起来很普通，只是有点暗的超新星。这颗被命名为 SN 2009ip的超新星在几周之后变暗，并很快被人们遗忘了。出乎所有人意料，一年之后在完全相同的位置又出现了一颗暗“超新星”。显然这颗恒星并没有死亡。2012年，天文学家观测到了它的第三次爆发，而仅一个月后又有一次很亮的爆发。

自然而然地，很多研究者尝试寻找超亮超新星与极大质量恒星的联系。理论表明，非常大的恒星的确是相当脆弱的，容易受到各种不稳定性的影响。尤其是150~200倍太阳质量的恒星，它们的核心会变得非常热，从而会产生一批正反物质粒子对（即电子和正电子）。产生这些粒子需要消耗能量，这会减小恒星向外的压强，使得仍有核燃料可用的核心向内坍缩。这样的后果是灾难性的。核心向内坍缩会加速核聚变过程，使其失去控制，把几乎所有的东西都烧光。大约100贝特的能量瞬间释放出来，会让坍缩过程反转，把恒星彻底爆开，最后任何物质都不会剩下。

超新星也可以在一定程度上帮我们认识自己的起源。宇宙在大爆炸之后几乎仅包含氢和氦这两种最轻的原子。根据现有理论，我们遇到的任何较重的元素，如骨头中的钙、血液中的铁等，都是由超新星制造并释放到宇宙空间中的。科学家过去认为，所有最重的元素都是由普通超新星产生的。但现在，他们发现了太多不正常的超新星，这表明元素周期表不同区域的元素可能有着不同的起源。通过观测大量各种类型的超新星爆发，我们可以逐渐了解构成地球和所有生命的元素是怎样制造出来的。