恆星自爆 華麗煙火秀
超新星爆炸是太空中最炫麗的煙火秀，現在更發現許多詭異的爆炸類型，天文學家急欲理解恆星殞落的背後究竟有什麼秘密。
撰文／卡山（Daniel Kasen）
翻譯／李沃龍
在我們可觀測的宇宙裡，幾乎每個瞬間都有恆星遭逢毀滅性的災難，包括恆星震動、碰撞、塌縮成黑洞或超新星爆炸。這些平時潛藏在寂靜夜空裡的動態宇宙現象，最近成為天文研究的熱門主題。近一個世紀以來，科學家不斷嘗試勾勒宇宙百億年來的演化，但直到最近，我們才有辦法以更精準的時間尺度，來解析天上發生的事件，並見證恆星生與死的無常反覆。
雖然過去我們欠缺適當的工具來詳細研究這些天文現象，但宇宙無常的證據其實早已存在：中國人在公元1006年，便以肉眼觀察現身數星期的「客星」；偉大的丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）曾在1527年觀測到類似的事件，克卜勒（Johannes Kepler）也在大約30年後留下相似的觀測記錄。如今我們已知道，這些對古人來說神秘的天象，其實就是超新星爆炸。在爆炸的高峰期，超新星比10億顆太陽還要明亮。但是對我們而言，這些發生在宇宙深處的事件，就像廣闊夜空中昏暗的斑點，不太容易發現它們的蹤跡。
拜現代科技革新所賜，我們開始有能力研究動態的宇宙事件。全自動化的天文望遠鏡，配備高解析度的數位相機，觀測數據可輸入電腦做影像處理並進行模式辨識。望遠鏡規律監看大片天空，記錄夜空中任何突發的恆星爆炸事件。過去10年，這項新科技每年幫助天文學家發現數千起新的恆星爆炸事件，我們每星期找到的超新星數量，與整個20世紀所看到的一樣多。
我們不只看到更多超新星爆炸，更發現了許多奇怪的新種類。有些恆星爆炸比一般超新星明亮100倍，有些則黯淡100倍；有些煥發深紅輝光，有些釋出紫外光；有些亮光可經年持續，有些則在短短數天內就消逝不見。恆星的死亡樣貌遠比我們以往理解的更多樣。
天文學家正在設法理解這些詭異爆炸事件的機制。明顯地，它們透露出關於恆星生死的重要線索，以及恆星在極端溫度、密度與重力環境下的物理特性。透過研究各類型的超新星，我們希望最終能理解，什麼造成恆星粉碎並成為恆星殘骸，例如黑洞。
超新星也能顯現關於我們自身起源的一些啟示。在大霹靂之後，宇宙中物質成份主要是最輕的氫與氦原子。根據理論，我們生活周遭的一切事物，像是我們骨頭中的鈣或血液中的鐵，都是從爆炸的恆星裡融合噴出。科學家以往認為，普通的超新星就會製造出所有重元素，但在發現這麼多種異常的恆星爆炸後，週期表上不同區塊的元素很可能有不同的起源。藉由觀測各式各樣的超新星，我們得以釐清恆星爆炸的種類，以及超新星與構成地球及生命的元素之間的關聯。
典型超新星
為了理解新發現的某些超新星有多怪異，我們可以先來看本身就令人驚豔的典型超新星。基本上，恆星就像一個穩定的核子反應爐：由重力束縛住一大團電漿，藉由核心的核融合反應提供能量。核融合產生的熱提供壓力，抵抗向內拉扯的重力。超新星爆炸代表原本達成的力平衡被破壞，重力澈底戰勝核反應，反之亦然。
典型的超新星多是至少10倍太陽質量的中等恆星。這些恆星在數百萬年的壽命裡，會持續不斷把氫融合成越來越重的元素。一旦恆星核心鍛造成鐵，核融合反應無以為繼，便化為一方核子廢墟。當失去了向外的壓力後，核心便在重力拉扯下崩潰塌縮數百萬倍。比太陽稍大一點的質量，被塞進只有約10立方公里的空間，因此變身成一顆超緻密的中子星。塌縮過程中物質自由下落釋出巨大的能量，炸飛恆星的其餘部位。
為理解典型超新星爆炸時的能量有多大，我們可以想像太陽所有的氫（足夠維持超過100億年的核子燃料）在區區數秒內全數燒光。我們甚至給如此巨大的能量一個特別的單位：1貝特，以紀念1967年諾貝爾物理獎得主貝特（Hans Bethe）的貢獻。當超新星爆炸，恆星內部溫度可升到超過28億℃，發出超音速震波，矽、鈣、鐵與放射性同位素的鎳、鈷、鈦等重元素便在震波之下融合而成。恆星在幾分鐘之內炸得粉碎，灰燼與放射性殘骸形成的雲團便以每小時約3200萬公里的速度噴濺擴散。
幸運的是，我們的太陽太小，不足以形成超新星。但若太陽能像超新星一樣爆炸，第一個徵兆便是發出一陣短暫而強烈的X光爆，消滅地球上所有生命。幾分鐘之內，太陽的殘骸雲將膨脹至兩倍，亮度提升至太陽的1000倍以上。幾個小時後，殘骸雲將吞噬地球，再過一天便能飛越木星與土星的軌道。數星期之後，太陽的灰燼將遍佈於整個太陽系。至此，殘骸雲最終成半透明狀態，原本局限其間的光傾洩而出，使得整團雲氣的亮度達到頂峰，相當於太陽光度的10億倍。
天文學家幾乎從未觀測到超新星爆炸當下釋出的X光爆，也極少能夠從觀測照片中找出爆炸前的普通恆星。我們通常只能看到爆炸後持續膨脹的巨大雲氣，因放射性殘骸而煥發輝光至少數星期。我們可以透過檢視灰燼，來拼湊出毀滅的超新星種類與爆炸原因。
