在 1217 年 10 月,德國南部烏爾斯貝格修道院的院長仰望蒼穹,在弧形的北冕座中,看到了一些奇妙的東西。“它原本是一顆微弱的星星,但有一段時間閃耀著強烈的光芒,然後又恢復了原來的微弱,”他當時用拉丁文寫道。他不是第一個看到它的人,也不是最後一個。這顆恆星天體大約每 80 年出現一次,然後消失——這是因為它根本不是一顆真正的恆星。那位院長目睹了一場 3000 光年外的熱核爆炸。它來自一顆白矮星,一顆恆星殭屍,正在吞噬附近紅巨星的物質。大約每世紀一次,它會裝滿,當它裝滿時,它會爆發,釋放出為期一週的地獄之火。
這就是 T Coronae Borealis——通常縮寫為 T CrB——天文學家稱之為新星的星體,這個詞源於拉丁語對這些事件的描述,即“新星”,許多前現代觀察者認為它們是新星。T CrB 上次爆發是在 1946 年,其行為表明,它的下一次陣發性爆發應該在現在到 9 月之間的任何時刻。當這種情況發生時,T CrB 將在天空中以肉眼可見的形式出現,成為其星座星光璀璨的皇冠上的臨時寶石。天文學家們不會僅僅將其視為一種奇觀,而是將利用這次最新的爆發來更多地瞭解新星,新星是經常被忽視的宇宙混沌的驅動因素。
路易斯安那州立大學的天體物理學家 Bradley Schaefer 說:“[新星] 是完全奇怪的事件。”但 T CrB 是獨一無二的:它經歷了亮度起伏的過山車,這與傳統觀點相悖。有時,研究異常值是瞭解總體情況的最佳方法。這就是為什麼 Schaefer 說,“當 T CrB 爆發時,世界上很大一部分望遠鏡都將對準它。”
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要理解為什麼 T CrB 讓天文學家如此興奮,瞭解一下普通新星的入門知識會有所幫助。每顆新星都涉及一顆白矮星(某些恆星生命終結時留下的小型殘骸)和一顆“正常”伴星之間的危險配對——在 T CrB 的情況下,是一顆膨脹的紅巨星。白矮星非常緻密,以至於能夠從其伴星那裡引力竊取氫氣,氫氣像雪一樣落在白矮星的表面。這種薄層升溫並最終點燃,引發一場不可阻擋的鏈式反應,最終導致核爆炸。
德國埃爾朗根-紐倫堡弗里德里希-亞歷山大大學的天文學家 Ole König 說:“這就像一個巨大的氫彈,炸掉了這顆地球大小的白矮星的整個大氣層。”這些爆炸不是超新星,它們是更具災難性的表親,會導致恆星的湮滅。但這並沒有使它們變得不那麼令人印象深刻或重要。
新星反覆且災難性地爆發,不知何故沒有摧毀它們的恆星前身,同時用新鮮鍛造的物質的強力混合物豐富了它們的天體環境。“新星是生命所需元素的生產者,例如碳、氮和氧,”利物浦約翰摩爾斯大學的天體物理學家 Michael Healy-Kalesh 說,並且可能是鋰的主要生產者之一。
這表明,如果不解碼新星,就無法完全理解天體物理學如何產生生物學。當幸運的天文學家發現週期性新星(至少每世紀爆發一次的新星)時,它們就成為了他們研究的可預測信標。然而,包括 T CrB 在內,他們只在銀河系中設法找到了大約 10 顆。儘管 T CrB 具有明顯的鐘表般的可靠性,但過去的天文學家已被證明更加反覆無常;該系統的爆發僅在 1217 年、1787 年、1866 年和 1946 年有記錄。根據先前兩次記錄在案的爆發期間觀察到的細微細節,“官方預測是它將在 4 月左右爆發,可能在 5 月,上下浮動三個月,”Schaefer 說——它應該可以持續可見幾天。
世界上一些領先的天文臺已經計劃在時機成熟時機會性地將注意力轉向 T CrB,並以光學、無線電、X 射線和其他波長的光記錄其爆炸。業餘天文學家也在關注此事。“我們的成員喜歡爆炸的東西,”馬薩諸塞州劍橋市美國變星觀測者協會的天體物理學家 Brian Kloppenborg 說。“我每 10 分鐘收到一封電子郵件,其中包含一些新的觀測結果。”
如此全面的全光譜警戒可以將 T CrB 從宇宙奇點轉變為適用於所有新星的謎題的答案。例如,它們的爆發有多倉促?X 射線天文學可以對此有所幫助。König 說,當爆發發生時,“你會有這個熾熱、發光的火球”,它會發出 X 射線。隨著它的膨脹,白矮星噴射出的外殼冷卻下來,隨後發出可見光輻射。X 射線和可見光閃光之間的時間差可以記錄噴射物質的移動速度。
各種宇宙災變也會產生中微子,這是一種幾乎沒有質量的粒子,可以揭示強大的過程的原本隱藏的內部細節。但它們出了名的難以探測,迄今為止,“沒有任何新星記錄到中微子,”義大利帕多瓦大學的天文學家 Ulisse Munari 說。但知道何時何地會爆發產生中微子的新星肯定會有所幫助。“實際上,當前一代中微子探測器很有可能探測到 T CrB,”Schaefer 說。如果事實證明如此,科學家們可能會對所有新星的爆炸物理學獲得新的認識。
然而,可以說,讓許多天文學家最感興趣的不是新星如何爆炸,而是它們可能變成什麼。“我發現最令人興奮的方面是新星作為 Ia 型超新星前身的潛力,”Healy-Kalesh 說。與標準新星一樣,這種型別的超新星涉及一對恆星之間的質量交換,其中至少一顆是吞噬氣體的白矮星。然而,它們最終的熱核爆炸是如此巨大,以至於吸積物質的白矮星被炸成碎片。
關於 Ia 型超新星的一種主要模型涉及一顆白矮星,它吞噬瞭如此多的恆星物質,以至於其質量增加到太陽質量的 1.4 倍——這被稱為錢德拉塞卡極限。超過這個閾值,白矮星變得過於龐大而無法支撐自身的重量,從而引發熱核級聯反應,導致其爆炸性自毀。因此,關鍵問題是:“這些白矮星如何吸積足夠的物質來超過錢德拉塞卡極限?”König 說。並且由於原則上 Ia 型超新星的爆炸方式都相同,無論它們的宇宙座標如何,它們的爆炸都充當了天文學家測量廣闊星系間距離的標尺上的重要刻度;因此,梳理出規則的、不太超級的新星的相似但較小的爆炸中的任何怪癖,可能會導致對基於 Ia 型的宇宙(誤)測量進行細微調整。
研究人員還渴望研究普通新星的週期性機制,如果白矮星收集的物質在每次爆炸期間沒有完全消耗或噴射出去,這些機制可能會隨著時間的推移而發生變化。“有多少物質留在白矮星上?有多少在一次新星爆發中被吹走?”英國華威大學的天體物理學家 Deanne Coppejans 說。可以在 T CrB 的下一次爆發期間檢查這份世界末日的資產負債表:白矮星主要由碳和氧組成,而紅巨星正在捐贈氫,從而提供了一個主要成分列表,可以從中確定新星噴射物中的相對比例。
天文學家還旨在利用 T CrB 即將到來的爆發來理解這顆特定新星的三個令人困惑的特質。“我們所知的其他新星都沒有表現出這種行為,”保加利亞天文研究所的天文學家 Vladislav Marchev 說。
大多數新星都保持昏暗,僅在爆發期間才顯著變亮——但 T CrB 不是。它的第一個怪異之處在於,在爆發前後大約十年,它都處於適度亮度的“高狀態”,發出“熾熱、藍色、猛烈的光”,Schaefer 說。“為什麼高狀態會關閉?就此而言,高狀態為什麼會開啟?我們對正在發生的事情一無所知。”
第二個奇怪的特徵是其爆發前亮度下降,這發生在爆發前大約一年。“這是一個奇怪的、史無前例的謎團——而且它也是即將到來的爆發的先兆,”Schaefer 說。有人認為,當白矮星吸積的物質接近其“熟透”階段時,它會獲得某種“焦炭”,一層遮蔽下方熾熱篝火的塵埃面紗。Healy-Kalesh 說,也許“T CrB 在爆發前噴射氣體,這些氣體隨後形成塵埃殼並阻擋來自中心繫統的光,從而導致爆發前亮度下降。”
第三,在 T CrB 爆發幾個月後,它似乎會產生二次爆發——亮度很高,但沒有上升到最初爆發的亮度——可能會持續數週或數月。“二次最大值一直是一個長期存在的謎團,”Munari 說。但他在最近的一篇預印本中提供了一種可能的解決方案:這是一種錯覺,而不是另一次爆發。
在其吸積階段和爆發期間,白矮星正在燒烤紅巨星的可見半球。爆發後,白矮星可能會冷卻下來,但紅巨星的面向烈焰的一側仍在炙烤——當那個熾熱的半球面向地球時,天文學家瞥見了那種光芒,並錯誤地認為它是第二次爆發。“我認為這可能是真的,”Schafer 說。當 T CrB 真正釋放其地獄之火時,每個人都將能夠評估 Munari 的想法。
Kloppenborg 說,總而言之,這次爆發“確實是一生一次的體驗”——天文學家有機會找到百年老問題的答案。“我們將全力以赴,”Schaefer 說。然而,最讓他興奮的是,有機會向公眾展示深空天文學並非深奧難懂,而是實實在在的東西。“任何人都可以看到它,”他說。“任何人都可以走出去看看它。這可能是這件事最令人興奮的地方。”
