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相比于安靜逝去,有些恒星更喜歡用爆炸的形式來個華麗謝幕——這就是我們熟知的“超新星”。當恒星耗盡燃料、經歷引力坍縮時,恒星的外層會被巨大的爆炸吹飛,從數十億光年之外都能看到。NASA 自幾十年前就開始對銀河系之外的星系進行監測,并發現了大量的超新星現象。在過去的 20 年中,哈勃空間望遠鏡一直在監視 NGC5468——一個位于室女座、距我們約 1 億 3000 萬光年的中間旋渦星系。這 20 年間,NGC5468 共經歷了 5 次超新星爆發。并且,由于這個星系和我們之間的相對位置是垂直的,天文學家得以細致入微地觀察它和它的超新星們。
某些情況下,恒星會在消耗掉所有的氫和氦燃料后走向他們生命的盡頭,并形成超新星。這類超新星被稱為“II 型超新星”。根據質量的不同,恒星的遺骸會形成中子星或是黑洞。而在其他大多數情況下,恒星會成為超新星是因為它們吸走了其雙星伴侶的物質,這就是“I型超新星”。此時,雙星系統中的一方已經邁過超新星階段,形成白矮星或黑洞;當其伴星按主序膨脹為紅巨星時,白矮星或黑洞的引力就開始吸積紅巨星表面的物質,并把紅巨星逐漸拽成“盤子”形狀。隨著時間流逝,白矮星/黑洞從紅巨星那里吸走的物質越來越多,直至無法承受,在核心引發一場逃逸核聚變,形成超新星。無論是哪種超新星,其爆發達到的亮度都可與整個星系的亮度相匹敵。
藝術家繪制的 II 型超新星印象圖。
在過去 20 年對 NGC5468 的監測中,上述兩類超新星爆發都曾被觀測到。這五次超新星爆發分別被編號為 SN1999cp、SN2002cr、SN2002ed、SN2005P, 以及 SN2018dfg。
對其他星系超新星爆發的觀測指向了幾個重要問題:銀河系的恒星演變為超新星的頻率是多少?什么因素會影響星系中恒星變為超新星的概率?可以說,至少在現有的觀測水平下,銀河系并沒有經歷太多的超新星爆發。事實上,人類上次目擊超新星爆發已經是 400 多年前的事情了!
a 型超新星。白矮星從它的紅巨星伴星那里不斷吸積物質,直至達到錢德拉塞卡極限并發生爆炸。
其中一個目擊者就是著名的天文學家約翰·開普勒。1604 年 10 月 9 日,他在自己位于布拉格的天文臺觀測到了一個明亮的天體,之后就不知疲倦地對其進行跟蹤觀測,直到它兩年后消失為止。他的觀察記錄載于 1606 年出版的《蛇夫座足部的新星》(De Stella nova in pede Serpentarii)中。
之后,這顆超新星被命名為“開普勒超新星”,并成為了伽利略日心說模型的有力論據。同時,它也是銀河系中目前為止最后一顆可被肉眼觀測到的超新星。在它之后,和我們距離最近的超新星就是 1987 年觀測到的 SN1987A 了。
SN1987A 是一顆 II 型超新星,位于距地球約 20 萬光年的矮星系——大麥哲倫云。這里有個問題需要澄清一下,因為上述介紹可能會給人“留下銀河系的超新星一定比其他遙遠星系的容易觀測”的印象。但這是錯的。
這和天文學家難以測定銀河系的實際大小和密度是一個道理。簡單點說,我們是“當局者迷”——我們自己就在銀河系里面呢!由于地球自身就位于銀河系恒星盤中,觀測銀河系恒星盤其他眾多恒星實際上是十分困難的。
NASA 錢德拉X射線天文臺觀測到的開普勒超新星殘骸。
那些亮度更高、距太陽系更近的恒星,會遮蔽那些較為黯淡且距離較遠的恒星。同時,銀河系中心的膨脹結構使得我們無法觀測到銀河系另一端的情況。因此,對銀河系進行精確的測定和觀察就更加困難了。
幸運的是,2006 年,一支由馬克斯·普朗克研究所(Max Planck Institute)領導的、專攻天體物理學的國際研究團隊利用歐洲空間局 Integral satellite 的數據,測算了超新星爆發的頻率。基于分析,他們斷定銀河系平均每 50 年會發生一次大質量恒星爆發。
換句話說,NGC 5468 用 20 年就辦到了銀河系 250 年才能辦到的事情(也就是銀河系的 12.5 倍)。這讓人不免相形見絀。好在,科學家已經大概知道銀河系的下一次超新星爆發會發生在哪里了——距地球約 8000 光年的一個三合星系統。
這個三合星系統的官方名稱是 2XMM J160050.7-514245,別名則是“阿匹卜”(Apep,古埃及蛇神)。“阿匹卜”是個快速旋轉的沃爾夫-拉葉星(包括一顆主星和兩顆伴星,被大團風車狀塵埃包圍),一旦開始引力坍縮,就可能會產生持續時間較長的伽馬射線暴。
在未來的數十萬年內,“阿匹卜”將演化為超新星,那將會是紀念性的事件。不只是因為他將成為銀河系第一個可觀測的伽馬射線暴,更因為它的持續時間很長,足以讓天文學家對其進行研究。希望人類或者別的什么物種到時候能為此慶賀吧。
一如既往,對其他星系的觀測能夠幫助我們加深對銀河系的了解——在我們能踏出銀河系、從外部觀測它之前。
(邯鄲網站建設)