很快,可能在幾天內,更可能在未來幾周內,一顆“新星”將出現在我們的天空中——但實際上它是一顆老星。它被稱為北冕座T星(或T Cor Bor),它是一個雙星系統,由一顆巨大的紅巨星和一顆微小的白矮星組成。雖然白矮星很小,但它們非常可怕:它們將一顆太陽型恆星的大部分質量壓縮到一個大約地球大小的球體中。這使得它們非常緻密和炙熱,並且具有強大的引力。
北冕座T星中的白矮星正在緩慢地從紅巨星上吸取氫氣和其他氣體,並將所有這些偷來的物質堆積在其表面。最終,積聚的物質足夠多,巨大的引力將融合氫,引爆一顆本質上是行星大小的熱核炸彈。爆炸威力巨大,以至於這顆通常昏暗的恆星,幾乎肉眼不可見,突然爆發到肉眼可見的亮度,儘管它距離地球3000光年。瞬間,它將爆發出高達太陽年輸出能量10萬倍的能量。這是一件大事。
然而,這場災難性的爆發能量還不足以將白矮星炸成碎片。相反,在爆炸後的幾天和幾周內,它會逐漸消退,並最終恢復到其通常較為適度的亮度。大約每80年,這個週期會重複一次,使其成為一個可預測的週期性事件,這就是為什麼天文學家對北冕座T星即將爆發(在某種程度上是字面意義上的)感到興奮的原因。
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這種事件被稱為新星,它是拉丁語stella nova的縮寫,意思是“新星”,因為它看起來好像一顆新星突然出現在原本空無一物的地方。這是一個用詞不當:那裡已經有一顆恆星——實際上是兩顆恆星——而且都非常古老。白矮星是像太陽這樣的恆星死亡後留下的殘骸,而紅巨星是正在死亡的類太陽恆星。這樣的恆星需要數十億年的時間才能達到這些演化階段,因此“新星”這個名稱有點諷刺意味。然而,這個術語已經深深地紮根於歷史,所以我們只能繼續使用它。
但是,如果新星可以復發,那麼它就不是真正的恆星死亡。那麼,星星是如何死亡的呢?
對於“正常”的恆星——那些透過在核心中融合較輕元素來產生能量,從而製造出更重元素的恆星——死亡發生在它們耗盡可用燃料時。像太陽這樣的恆星大約需要120億年的時間才能將其核心中的所有氫融合成氦。如果恆星質量足夠大,它會足夠用力地擠壓氦,將其融合成碳,從而產生比以前更多的能量。
所有這些能量都流入恆星的氣態外層大氣,使其開始膨脹,就像任何氣體吸收能量時一樣。但隨後發生了一件有趣的事情:膨脹恆星的表面積增加得如此之多,以至於每平方釐米輻射的能量實際上降低了。氣體的溫度下降,將恆星的顏色變為硃紅色。我們現在得到的就是一顆紅巨星。
由於恆星變得如此巨大——達到太陽直徑的200倍!——其表面的引力減弱。再加上恆星劇增的光度,這意味著氣體將開始從恆星流出,產生“恆星風”,最終可以噴射出超過恆星總質量一半的物質。最終剩下的只有核心:一個微小而難以忍受的炙熱,但非常微弱的恆星餘燼,我們稱之為白矮星。
對於像太陽這樣的低質量到中等質量的恆星來說,基本上就是這樣;在漫長的歲月中,一顆孤立的白矮星將逐漸冷卻下來,慢慢地衰退成一個迄今為止還只是理論上的惰性塊狀物,稱為黑矮星。(宇宙還不夠古老,以至於任何白矮星都變得如此寒冷,所以我們實際上還沒有見過任何黑矮星。)如果恆星恰好像北冕座T星一樣位於雙星系統中,事情就會變得更有趣,因為它可能會變成新星。但即便如此,這也不一定是終結。有些新星並沒有噴射掉所有積聚的物質,因此,隨著時間的推移,它們的質量實際上會增加。然後事情就會變得更加有趣。
隨著物質的積累,引力增大,導致白矮星內部的壓力也增大。這種內部壓力甚至可能增長到足以重新點燃核聚變反應,這些反應將碳核猛烈撞擊在一起,迅速釋放出巨大的能量。溫度急劇升高,達到數十億度,導致白矮星爆炸。
這次爆炸遠比人類最可怕的末日夢想還要大:它比太陽亮100億倍,亮度足以蓋過整個星系!這個事件被稱為超新星——具體來說是Ia型超新星。
還有另一種恆星爆炸,被稱為——毫不奇怪——II型超新星,它是在大質量恆星死亡時觸發的。質量超過太陽大約八倍的恆星,其核心有足夠的壓力來融合更重的元素。碳是類太陽恆星最後的聚變產物,但質量更大的恆星可以將碳融合成氖,氖可以融合成氧,然後氧可以融合成矽。到那時,恆星就麻煩大了。核心聚變產生的輻射能量向外的推力是支撐恆星抵抗自身引力向內拉力的力量。但是矽只能融合成鐵,而融合鐵實際上需要的能量比它釋放的能量更多。更糟糕的是,所有新形成的鐵都會吸收核心中的電子,而這些電子原本可以幫助支撐恆星。
因此,一旦鐵聚變開始,所有這些恆星支撐力都消失了,核心就像一把椅子一樣坍塌,椅子的腿從下面被踢開。這釋放出極其巨大的能量洪流(以及稱為中微子的亞原子粒子)——就像在炸藥工廠裡點燃了一根火柴,並放大了無數倍。恆星巨大的外層吸收了如此多的能量,以至於它們向外反彈,產生了一個巨大的II型(或核心坍縮)超新星。轟!
在某些爆炸中,核心完全瓦解,只留下爆炸後迅速膨脹的碎片。從好的方面來說,這種物質富含重元素,然後這些重元素會繼續形成下一代恆星——以及行星。但有時核心會坍塌形成超高密度的中子星,或者更可怕的是,黑洞。毫不奇怪,細節非常複雜,天體物理學家仍在努力理解這些事件的所有變化莫測之處。
Ia型和II型超新星都非常明亮,以至於可以在數十億光年之外看到它們,這在可觀測宇宙中佔了很大一部分。我們的望遠鏡現在非常靈敏,以至於每年天文學家都會在宇宙的某個地方看到數以萬計的這種恆星災變。當然,它們也極具爆炸性,你也不想離它們太近,以免碎片對你造成物理衝擊。
那麼,北冕座T星,這顆引發整個話題的週期性新星又如何呢?它似乎是那種在爆炸後緩慢增加質量的新星,因此它最終可能會增長到足以作為Ia型超新星轟然爆發。在這種情況下,在真正、真正的最終爆發之前,北冕座T星還會進行最後一次爆發。但這不太可能在很長很長一段時間內發生,所以請欣賞它即將上演的精彩表演吧。它大約在80年後才會再次上演!
