撰文 丹尼尔·卡森（Daniel Kasen） 翻译 李文雄

在我们可观测到的宇宙中，几乎每一秒都有一个太阳在恒星灾变过程中毁灭。这些过程包括恒星的脉动、恒星间的碰撞、恒星坍缩成一个黑洞或者以超新星的形式爆炸。宇宙中这些激烈的活动长久以来一直被看似平静的夜空所掩盖，不久前才成为天文学关注的焦点。在近一个世纪的岁月中，科学家孜孜不倦地探索宇宙数十亿年的演化历程，但直至最近我们才得以在天甚至小时的时间尺度上分析天体事件，从而见证恒星变化无常的生死历程。

尽管在过去我们缺乏详细研究这些现象的工具，但关于宇宙中暂现天体的记载至少可以追溯到一千多年前。中国北宋的观测记录显示，1006年天空中出现了一颗“客星”，肉眼可见时间长达数周，此后慢慢变暗。1572年，伟大的天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）也记录下了类似的事件。约30年后，约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler）也观测到了此类事件。我们现在知道，这些历史记录中的异常天象其实就是恒星的超新星爆发。超新星在最亮时，光度可以超过太阳的10亿倍以上，但由于到我们的距离过于遥远，它们在我们看来仅仅是微弱的光点，很容易淹没在浩瀚的夜空中。

现代技术正在革新关于动态宇宙的研究。望远镜已经可以自动运行并且配备了高分辨率的数码相机，产生的观测数据再交给计算机图像处理和模式识别软件进行分析。这些设备定期监控着广大的天区，能够敏锐地发现其中任何突然变亮的天体。在过去大概十年间，这些新技术使得天文学家每年发现成千上万的恒星爆发事件，这意味着每周我们新发现的超新星数量都相当于20世纪的总和。

我们不仅发现了更多的超新星，还发现了不可思议的新种类超新星。有些超新星异常明亮，比普通超新星亮100倍；还有一些亮度却仅有普通类型的1%。有一些是深红色的；有一些则主要辐射紫外线。有一些可以维持高亮度长达数年；有的却在几天中昙花一现。由此可见，恒星死亡方式的多样性要远远超出我们之前的认识。

天文学家仍在追寻导致这些奇怪恒星爆发事件的原因。显然，这些爆发现象正在为我们提供重要的线索，帮我们了解恒星的生死历程并研究最极端的温度、密度和引力条件下的物理学。通过研究各种各样的超新星，我们希望最终可以了解是什么使得恒星瓦解并转变为像黑洞这样的恒星遗骸。

超新星也可以在一定程度上帮我们认识自己的起源。宇宙在大爆炸之后几乎仅包含氢和氦这两种最轻的原子。根据现有理论，我们遇到的任何较重的元素，如骨头中的钙、血液中的铁等，都是由超新星制造并释放到宇宙空间中的。科学家过去认为，所有最重的元素都是由普通超新星产生的。但现在，他们发现了太多不正常的超新星，这表明元素周期表不同区域的元素可能有着不同的起源。通过观测大量各种类型的超新星爆发，我们可以逐渐了解构成地球和所有生命的元素是怎样制造出来的。

恒星灾变

要领会新发现的一些超新星有多么奇特，让我们先看看本身就很奇妙的典型超新星。一颗恒星就是一台稳定的核反应堆：一团大质量的等离子体被引力束缚在一起，高压致密的核心通过核聚变为等离子体提供能量。核聚变产生的热提供向外的辐射压力，与向内的引力相抗衡。超新星爆发表示二者的平衡被打破了——引力远远超过了核反应的辐射压力，或者反过来，辐射压力超过了引力。

最典型的超新星爆发出现在中等大小的恒星身上，它们的质量是太阳的10倍或更多。它们在数百万年的生命中，不断地通过核聚变将氢变为重元素。一旦将核心燃烧成了铁（对于核反应来说是无法燃烧的灰烬），聚变就无法持续了。失去了向外的压力，恒星的内核在引力的拉扯下向内坍缩，体积减小到此前的百万分之一，成为了叫做中子星的超高密度天体，在直径仅几千米的范围内容纳了质量超过1个太阳的物质。这个自由落体过程中释放的巨大能量会将恒星的其余部分炸碎。

为了对典型超新星爆发产生的能量有一个直观认识，想象一下我们的太阳在几秒钟内将足够使用超过100亿年的氢元素完全烧光。有一个专门用于计量这种巨大能量的物理单位：1贝特（以诺贝尔奖获得者，美国天体物理学家、核物理学家汉斯·贝特命名）。当一颗超新星爆发时，其内部温度上升至超过28亿摄氏度，会激发超音速的冲击波，所过之处留下一堆刚刚经聚变产生的重元素，如硅、钙、铁，还有镍、钴和钛的放射性同位素。在几分钟之内，恒星土崩瓦解，成为由灰烬和放射性残骸组成的云团，以每小时3200万千米的速度向外扩散，相当于光速的百分之几。

幸运的是，我们的太阳因为太小所以永远不会成为超新星，但如果它成为了超新星，地球接收到的第一个信号将是足以毁灭这个行星上所有生命的短暂而强烈的X射线闪光。在几分钟之内太阳残骸云团的大小会变成太阳此前的两倍，亮度则会增加近1000倍。几个小时后太阳的残骸云就会吞噬地球，一天以后木星和木星也会遭此厄运。几周之后太阳的灰烬就会遍布整个太阳系。到那时候，太阳的残骸云将会变得透明，束缚在其中的光倾泻而出，亮度在顶峰的时候可达到太阳的10亿倍，之后慢慢变暗。

天文学家几乎从来没有观测到超新星的X射线暴，而且我们也很难从历史数据中找到超新星前身恒星的图像。正常情况下我们看到的仅仅是爆炸的余波：膨胀中的巨大云团和持续数周可见的放射性残骸。通过观测这些灰烬，我们试图推理出爆炸之前的恒星是什么类型以及它是如何被摧毁的。

亮得不可思议

在最近发现的奇怪超新星家族的成员中，最引人注目的也许是那些能量最高的爆炸——我称之为超亮超新星（ultranovae），它们的亮度是正常超新星的100倍以上，是目前发现的最亮、最远的超新星，几乎在整个可观测宇宙中都可看见。这种事件是极为罕见的，可能1000次超新星爆发中只有1个这样的例子。天文学家现在还没有确定无疑的证据来解释这些爆发为什么这么亮。但他们提出了三个主要的理论。可能其中的某个理论可以解释大多数甚至所有我们看到的超亮超新星，但更可能的是，三种物理图景都有一定的发生概率。

1）“粒子对”超新星

自然而然地，很多研究者尝试寻找超亮超新星与极大质量恒星的联系。理论表明，非常大的恒星的确是相当脆弱的，容易受到各种不稳定性的影响。尤其是150~200倍太阳质量的恒星，它们的核心会变得非常热，从而会产生一批正反物质粒子对（即电子和正电子）。产生这些粒子需要消耗能量，这会减小恒星向外的压强，使得仍有核燃料可用的核心向内坍缩。这样的后果是灾难性的。核心向内坍缩会加速核聚变过程，使其失去控制，把几乎所有的东西都烧光。大约100贝特的能量瞬间释放出来，会让坍缩过程反转，把恒星彻底爆开，最后任何物质都不会剩下。

这些最猛烈的核爆炸会产生残骸云团，其中的放射性物质比普通超新星的残骸多1000倍。因为这些云团理应质量极大且很不透明，所以光在其中要花一年甚至更长的时间才能逐渐扩散开。因此，我们预期这些爆炸的余晖非常明亮且会持续很久。几个近期发现的超亮超新星确实表现出了这些性质，因此一些天文学家声称，我们已经看到了巨大的恒星死于微观粒子对的肆虐。另外一些天文学家并不认同这一观点，他们认为这些数据用其他的理论可以得到更好的解释。我们希望，未来通过对这些明亮且长时间持续的事件的观测，可以更好地了解恒星残骸云的成分和速度，从而判断这种物理图景是否正确。

2）“假警报”超新星

另一种解释超亮超新星的理论是它们起源于质量稍小的恒星（约70~150个太阳质量）。天文学家认为，和更重的家族成员一样，它们也比较容易受类似的不稳定性的影响，但情况往往不会那么糟。当这类恒星开始收缩，点燃更多的核燃料后，它有可能会反弹、膨胀，并在核聚变失去控制之前使得核反应停止，从而存活下来。但在重新达到平衡状态的过程中，这颗恒星很可能会将很多外层物质吹散，产生一个“冒牌”超新星——一次类似暗弱超新星的爆发，而实际上只是恒星的一次濒死体验。

在这个质量范围内的恒星有可能经历数次这样的劫难，每次丢失掉一些物质，直到最终耗尽了核燃料并像普通超新星一样爆炸。当这样一颗恒星真正死亡的时候，它会把残骸驱散到