會有超新星在離地球不遠的地方爆發(fā)嗎?

大約11000年前，在1500光年外的地方，發(fā)生了一件不太尋常的事。地球上的狩獵采集者仰望天空時，會發(fā)現(xiàn)多了一顆明亮的星星……不，也許應該說是月亮。一顆恒星在劇烈的爆發(fā)中走向衰亡，即使遠在上千光年外觀察，其光芒仍然十分驚人。后世的天文學家把這稱為超新星——星星并不是新的，只是暫時比原來亮得多。

超新星并不多見，但歷史上地球人還是有幸看到了好幾顆，譬如中國史料記載的1054年“客星”，認為蟹狀星云就是那場爆發(fā)的殘骸。第谷和開普勒這一對師徒各自觀察到一顆，相隔只有32年(讓人郁悶的是，望遠鏡發(fā)明以后，再也沒有肉眼可見的超新星出現(xiàn)過)。已知的這些超新星都離地球非常遠，通常為幾千光年，1500光年外的古姆星云超新星算是最近的了。

如果把距離再拉近，超新星除了看上去更加光輝燦爛之外，還會怎樣呢?如果近到使足夠多的熱量和射線被拋向地球，氣候可能發(fā)生災難性變化。地球生物會倒大霉。因此，當聽說150光年外可能會有一個天體產(chǎn)生超新星爆發(fā)時，嚴重關(guān)心一下是很正常的，畢竟150光年在天文尺度上只是鄰居家的后院。英國科普雜志《新科學家》的記者聽來這么一件事并把它寫在5月底的雜志上，用了個有點嚇人的標題——《超新星可能在地球附近爆發(fā)》。相關(guān)研究人員認為這文章扭曲原意、搞不清楚狀況，作者則辯解說自己并不曾夸大其辭?？茖W家與記者之間經(jīng)常是不對勁的，不過……嗯，真的會有鄰居家的超新星出現(xiàn)嗎?讓我們把這故事從頭講起。

對恒星來說，質(zhì)量就是一切。這一切的根源在于引力。恒星是一團發(fā)光的氣體，原本是星際間的氣體塵云，在引力的作用下收縮聚集成團。在收縮過程中，氣團內(nèi)部的溫度越來越高，終于發(fā)生氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?，使?nèi)部壓力升高，抵抗引力坍縮的趨勢。兩者達到平衡，恒星便進入青年時代，基本上穩(wěn)定地消耗著它的核燃料。

恒星的生命就是一場抵抗引力坍縮的戰(zhàn)爭。一顆恒星質(zhì)量越大，它的引力坍縮趨勢就越強，為了平衡引力所需要的內(nèi)部核反應也越強烈。質(zhì)量大的恒星，揮霍“青春”的速度比質(zhì)量小的恒星更快，當然也更加熾烈明亮。恒星質(zhì)量與亮度的這種關(guān)系，稱為質(zhì)光定律。我們的太陽在恒星家族中屬于中等塊頭，不會像小恒星那樣省吃儉用細水長流幾百億年，也不會像幾十倍太陽質(zhì)量的大恒星那樣匆匆忙忙在幾千萬甚至幾百萬年里走完一生。

質(zhì)量決定了恒星有多亮，溫度有多高，體積有多大，還決定了恒星會怎樣死去、留下什么遺產(chǎn)。氫聚變反應在恒星中心進行，產(chǎn)生的氦形成一個氦核。當中心的氫耗盡時，反應無以為繼，氦核就在引力作用下收縮，溫度升高，點燃氦聚變成碳等更復雜、釋放能量更少的反應。收縮過程中引力能轉(zhuǎn)化成的熱能向外傳輸，使離核心較遠的地方尚未聚變的氫也開始反應。就這樣，恒星內(nèi)核在每況愈下的復雜核反應中繼續(xù)收縮，外殼則由于氫聚變而膨脹，恒星就變成了一顆體積巨大、表面溫度較低的紅巨星。

質(zhì)量較小的恒星，其外殼會擴散、變薄到完全看不見，核心則會一直收縮，成為體積很小、密度極大的白矮星。在一般物質(zhì)中，原子的大部分是空的，微小的電子在非常遠的軌道上繞微小的原子核運轉(zhuǎn)。白矮星強大的引力在某種意義上把原子擠碎了，原子核仍保持完整，但電子不再受原子核束縛，彼此間距離大大減小，導致物質(zhì)密度增加。白矮星的這種物質(zhì)狀態(tài)稱為簡并態(tài)，它靠自由電子之間簡并壓的作用抵抗引力坍縮，保持穩(wěn)定，慢慢冷卻，這就是小質(zhì)量恒星默默無聞的暗淡結(jié)局。我們這個故事的主角，150光年外一個典型雙星系統(tǒng)(許多恒星并不是單獨存在的，而是成雙成對)里的白矮星HR 8210，就是這樣形成的。

一般情況下，白矮星會冷下去變成再也不發(fā)光的黑矮星。但HR 8210還有一顆伴星，情況便有些不同。問題的核心仍是質(zhì)量，現(xiàn)在HR 8210大約為1.15個太陽質(zhì)量，是白矮星里的大個子。印度裔科學家錢德拉塞卡曾提出一個錢德拉塞卡極限，簡單地說就是不存在質(zhì)量超過1.4個太陽質(zhì)量的白矮星。如果白矮星更重，它的引力就會強到超過電子簡并壓，因支撐不住而繼續(xù)坍縮，變成更致密的中子星乃至黑洞。

如果雙星系統(tǒng)里的伴星變成胖大的紅巨星或紅超巨星，它的外層物質(zhì)就容易在引力作用下流向白矮星。這些物質(zhì)在白矮星周圍形成一個稱為吸積盤的扁平圓盤，使白矮星的質(zhì)量不斷增長。當質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限時，白矮星不再能穩(wěn)定存在，而會發(fā)生劇烈的坍縮，把大量引力能以熱能方式釋放出來，并點燃一系列復雜的核反應。這樣，就產(chǎn)生了一顆I型超新星。與之相對的是Ⅱ型超新星，它不是通過奪取伴星質(zhì)量的方式發(fā)生的，而是家底雄厚的大質(zhì)量恒星(比如，超過5個太陽質(zhì)量)在將要耗盡燃料時，即使在紅巨星階段損失了不少物質(zhì)，也不能把內(nèi)核質(zhì)量降到錢德拉塞卡極限以下，結(jié)果內(nèi)核持續(xù)坍縮，導致超新星爆發(fā)，壯烈地結(jié)束生命。

HR 8210所在的雙星系統(tǒng)是1993年被發(fā)現(xiàn)的，不少天文學家認為，它們有可能這樣來一場I型超新星爆發(fā)。也就是說，這是迄今所知離地球最近的超新星候選者。如果真的有超新星在150光年外爆發(fā)，地球的臭氧層可能會被射線完全毀掉，這對生物來說是致命的——《新科學家》的報道這么說。報道的作者是從哈佛大學學生Karin sandstrom那里聽來這件事的。Karin后來在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表批評說，文章寫得好像是她發(fā)現(xiàn)了這個雙星系統(tǒng)可能成為超新星，事實上所有的工作都是前人做的。這種細節(jié)糾紛暫且不管，要緊的是她的第二點批評可以讓我們大為放心：要等到HR 8210的伴星變成紅巨星，給白矮星提供足夠的物質(zhì)，大概需要幾億甚至幾十億年。這不僅是時間上太遙遠、根本無須杞人憂天的問題，到那時候，這個雙星系統(tǒng)早就運行到離我們3萬多光年的地方了?！缎驴茖W家》雖然也提到了這一點，但沒有強調(diào)，再加上標題的效果，不免有一點誤導性。原來鄰居家的小星星，長大后變成超新星時，已經(jīng)離我們太遠了。

事實讓人松了口氣，又不免有些無趣。是否曾經(jīng)——或者將要——有什么其他的超新星對地球產(chǎn)生重大影響呢?在有關(guān)恐龍滅絕的幾種假說里，超新星爆發(fā)說曾是聽上去頗為有理的一種，不過現(xiàn)在已經(jīng)被隕石撞擊說壓倒。目前所知最有希望很快爆發(fā)的鄰近超新星候選者，是500光年外獵戶座里的紅超巨星獵戶座α，它可能成為一顆Ⅱ型超新星，時間也許是明天，也許是幾千萬年后，也許已經(jīng)發(fā)生了但效應還沒到達地球——天文時間尺度上，這差異實在不大。它的爆發(fā)應該不會帶來大災難，大抵只會使天空中暫時多出一顆非常非常亮的星星罷了。

銀河系中有千億的星辰，但星星之間的距離也如此遙遠，在危險的近距離上出現(xiàn)超新星的機會實在很少。當然，就像HR 8210會運行到幾萬光年外那樣，誰知道有一天太陽系是否會接近一顆質(zhì)量很大的紅巨星?

(盛文娟 插畫)

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“到今天夜里，正好是一年了。我的星球?qū)⒄锰幱谖胰ツ杲德涞哪莻€地方的上空……”

“小家伙，這蛇的事，約會的事，還有星星，這全是一場噩夢吧?”但他并不回答我的問題。他對我說：“重要的事，是看不見的……”

“當然……”

“這就像花一樣一如果你愛上了一朵生長在一顆星星上的花，那么夜間你看著天空就感到甜蜜愉快。所有的星星上都好像開著花?！?/p>

“當然……”

“這也就像水一樣，由于那轆轤和繩子的緣故，你給我喝的井水好像音樂一樣。你記得嗎?這水非常好喝……”

“當然……”

“夜晚，你抬頭望著星星，我的那顆太小了，我無法給你指出我的那顆星星是在哪里。這樣倒更好，你可以認為我的那顆星星就在這些星星之中。那么，所有的星星，你都會喜歡看的，這些星星都將成為你的朋友。而且，我還要給你一件禮物……”他又笑了。

“啊!小家伙，小家伙，我喜歡聽你這笑聲!”

“這正好是我給你的禮物……這就好像水那樣?！?/p>

“你說的是什么?”

“人們眼里的星星并不都一樣。時旅行的人來說，星星是向?qū)?。對別的人來說，星星只是些小亮光。對另外一些學者來說，星星就是他們探討的學問。對我所遇見的那個實業(yè)家來說，星星是金錢。但是，所有這些星星都不會說話。你呢，你的那些星星將是任何人都不曾有過的…·-”

“你說的是什么?”

“夜晚，當你望著天空的時候，既然我就住在其中一顆星星上，既然我在其中一顆星星上笑著，那么對你來說，就好像所有的星星都在笑，那么你將看到的星星就是會笑的星星!”

這時，他又笑了。

摘自《小王子》[法]安東尼·德·圣·?？颂K佩里