见证恒星大事件

超新星的发现过程

那道光在太空里走了几百万年,抵达地球的时候恰好有人不偏不倚地望着那片天空,结果看到了它。能亲眼目睹这样一个重大事件,似乎还挺不错的。

——罗伯特·埃文斯

脾气古怪的天文物理学家

弗里茨·兹维基是一位脾气极其古怪的天文物理学家,他在20世纪30年代创造了“超新星”这个名词。他时常粗暴的表现连他最重要的合作伙伴——沃尔特·巴德——也忍受不了,但他同时又拥有敏锐的眼光和洞察力。他提出一个大胆的设想:要是恒星坍缩到原子核心那样的密度,原子的电子就不得不因压缩而变成中子,这样就形成了一颗中子星。他同时意识到,在这个过程中会释放出大量的能量,这会是宇宙形成过程中的大事件。他把由此产生的爆炸叫作超新星。

基普·S.索恩曾评价认为沃尔特·巴德和弗里茨·兹维基在《物理学评论》杂志上发表的简短摘要是物理学和天文学史上最有先见之明的文献之一。

恒星的告别

一颗巨大的恒星(比太阳大得多)在演化末期,会进行坍缩,接着会发生壮观的爆炸。刹那间释放出来的能量能够照亮它自己所在的整个星系,与太阳在一生中所释放的能量相当。而我们的老朋友北极星实际上也许已经熄灭,但我们现在却觉察不到,不过可以肯定的是680年前,北极星一直在稳定地燃烧着。

罗伯特·埃文斯是一位居住在澳大利亚蓝山山脉的牧师,他热衷于寻找即将消失的恒星。并且他恰好有这种天赋,善于发现恒星的告别仪式。

超新星的分类

超新星都是在恒星核突然坍缩、直到变成中子星或黑洞的过程中产生的。

通过对Ia型超新星的观测,人们发现一些超新星的亮度要比预期亮度暗,这意味着这些超新星距离地球的距离比预测的要远,宇宙在加速膨胀。

异于常人的天赋

超新星是极其罕见的,一个拥有1000亿颗恒星的普通星系,平均每200—300年才会出现一次。寻找超新星的难度可以这么理解:在总长3千米的1500张连续排列的桌子上各撒随意多的盐,而后在任意一张桌子上再加一粒盐进去,找到超新星的难度就和找出这粒盐的难度相当。然而罗伯特·埃文斯可以轻易地把它找出来。

每当天气晴朗且月亮不太亮的时候,埃文斯便在后院的天文台上,把他那台家用热水器般大小的望远镜从储藏室里搬出来对准天空。在1980年到1996年,他平均每年有两次发现。可一年中这寥寥数次的发现却需要他花费几百个夜晚进行观测。有一次,他在短短的15天里,有了三次新发现,而有一次的发现却用掉了他3年的时间。

匠人与自动化的角逐

1987年,加利福尼亚州伯克利实验室的萨尔·波尔马特利用计算机和电荷耦合器设计出了一个一流的数码照相机,它能使寻找超新星的工作自动化。天文望远镜拍下大量照片,然后通过计算机进行筛选,找出超新星爆炸的亮点。在5年时间里波尔马特和他的同事利用这种新技术发现了42颗超新星。

埃文斯坚持自己的观测方法,并坚信自己仍然能够超越他们。关于超新星的发现频率值得一提的是,有时候一无所获也是有价值的,因为这可以为宇宙学家们计算星系演变的速度提供帮助。

Ia型超新星的起源

Ia型超新星隶属于变星的子分类,是由白矮星产生剧烈爆炸结果的激变变星。

一个由两颗恒星构成的联星系统。

质量较大的恒星体积膨胀,表面温度降低,成为巨星。

巨星的气体不断被体积较小的伴星捕获,伴星体积扩大,并被巨星的气体包围。

伴星和巨星核在同一团气体的包裹下旋转。

外层气体被喷出,同时伴星以及巨星核的距离变小。

巨星核开始塌陷成一颗白矮星。

白矮星开始捕获伴星的气体。

白矮星的质量不断增加,直至极限质量,然后发生爆炸。

爆炸之后,伴星受力的作用离开原来的轨道。

资料卡

①巨星在天文中指光度大、体积大、密度小的恒星。②白矮星是一种低光度、高密度、高温度的恒星。③联星是两颗恒星在各自轨道上环绕着共同质量中心的恒星系统,较亮的一颗称为主星,而另一颗称为伴星、伴随者,或是第二星。④激变恒星:一种爆发性的恒星,指新星、超新星、耀星和其他正在爆发的恒星。⑤变星是指亮度与电磁辐射不稳定的,经常变化并且伴随着其他物理变化的恒星。