宇宙大爆炸理論:天文學家證實一種新型超新星

一種新型超新星迫使天文學家重新思考最大恆星的生命歷程

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當我們的太陽在大約五十億年後走到盡頭時,它將衰變成一顆靜止的白矮星。更大的恆星會發出巨響——那些質量超過太陽10倍的恆星會以足夠的活力坍縮,從而引發超新星爆發,這是宇宙中最劇烈的事件之一。幾十年來,天文學家一直懷疑存在一種比普通超新星還要大的恆星爆炸型別——“對不穩定性”超新星,其能量是普通超新星的100倍。在過去一年中,兩組天文學家終於發現了它,一舉重繪了我們這個宇宙中事物可以有多大的極限。

所有恆星都透過壓力來平衡引力。當氫等輕元素在恆星核心聚變時,反應會產生向外壓力的光子,從而抵消引力的拉力。在更大的恆星中,核心的壓力足夠高,可以聚變氧和碳等更重的元素,產生更多的光子。但在質量超過100個太陽質量左右的恆星中,出現了一個問題。當氧離子開始相互聚變時,反應釋放的光子能量非常高,它們會自發地嬗變成電子-正電子對。沒有光子,就沒有向外的壓力——恆星開始坍縮。

接下來可能會發生兩種情況之一。坍縮會產生更大的壓力,重新點燃足夠的氧氣以產生能量爆發。這種爆發足以丟擲恆星的外層,但不足以產生完整的超新星。這個迴圈可能會以脈衝的形式重複——天文學家稱這種情況為“脈動式”對不穩定性超新星——直到恆星失去足夠的質量,最終以普通的超新星結束其生命。由加州理工學院的羅伯特·M·昆比領導的一個團隊宣佈,他們已經識別出其中一個,並已提交論文以供發表。


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如果恆星真的很大——這裡我們說的是超過130個太陽質量——坍縮發生得如此之快,並聚集了如此大的慣性,以至於即使聚變氧也無法阻止它。如此多的能量在如此小的空間內產生,最終整個東西都爆炸了,不留下任何殘餘物。以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的天文學家阿維謝·加爾-亞姆說,這是“真正的大事”,他的團隊在最近發表在《自然》雜誌上的一篇論文中聲稱,他們發現了第一顆成熟的對不穩定性超新星(《大眾科學》是自然出版集團的一部分)。

在這些發現之前,大多數天文學家認為,附近星系中的巨型恆星會在死亡前脫落大部分質量,從而排除了對不穩定性超新星的可能性。現在,隨著這些最大的爆炸以壯觀的方式宣告自身的存在,這些想法正在被重新考慮。

邁克爾·莫耶 是《大眾科學》負責物理和太空報道的編輯。此前,他在《大眾科學》雜誌工作了八年,擔任文章編輯。他的文章《通往第十維度的旅程》榮獲2005年美國物理學會科學寫作獎,並曾出現在哥倫比亞廣播公司、美國廣播公司、有線電視新聞網、福克斯和探索頻道。他曾在加州大學伯克利分校和哥倫比亞大學學習物理學。

更多作者:邁克爾·莫耶
大眾科學雜誌 第303卷 第4期這篇文章最初以“宇宙大爆炸理論:天文學家證實一種新型超新星”為標題發表於《大眾科學雜誌》 第303卷 第4期 ()
doi:10.1038/scientificamerican102010-2YIBxSiB3t6kJFREewrex9
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