超新星家族的传奇故事

深夜仰望星空，常会感叹人生苦短。“衰兰送客咸阳道，天若有情天亦老。”人们错以为：天地无情得长生，星月冷酷获永恒。事实上天空中的星星和人一样也有生老病死，“莫怪世人容易老，恒星也有白头时。”

质量为十个太阳单位以上的恒星演化到末期，其内部核燃料渐渐耗尽，热核反应的能量不足以平衡巨大的向心重力，导致恒星本体向中心急剧的坍缩，最后形成一颗中子星。快速急剧的引力坍缩在恒星内部造成高温高压状态，有压迫必有反抗，从而引发新一轮更为激烈的热核爆炸，爆炸的残骸以每秒数千公里的速度向外喷射，辐射的光芒比10亿个太阳还亮。

这些恒星是真正的英雄，它们燃烧自己，照亮别人，当油枯灯尽走向自已生命终点时，它会有最后一次的奋搏和爆发，这是恒星为自己的葬礼献上的最为凄美的礼花。“鸟之将死，其鸣也哀；星之将灭，其形亦美。”恒星归葬时的礼花在天空中可维持数月之久。

但是这些超新星离开地球都十分遥远，很难被我们观察到。公元185年和公元1054年各有一颗超新星被纪录在案，这是人类史书上关于超新星最早最完整的纪载，它们全是被中国人用汉字完成的，为什么总有些华人要作践和糟塌那曾经辉煌灿烂过的中华文明呢？既无聊又无知！

数千年来，纪录在书的超新星寥寥无几，似乎超新星出现只是小概率事件。近年来，依靠太空望远镜、计算机控制的大型天文望远镜、全新的数字化图象存贮和处理技术，现在天文学家每周发现的超新星几乎都超过整个二十世纪前的总和。更使科学家惊叹的是：人有千面，星有百态，这些恒星最终宿命都各有不同。寂静的夜空中，超新星爆炸此起彼伏、千姿百态，就象节日夜空中㶷烂的烟花！

今日对各种超新星的观测、分析和研究已经成为宇宙演化学的重要组成部分。恒星的宿命主要是由自身质量决定的，是恒星内部密度、温度和引力三者博奕的结果。现在让我们看看超新星家族成员千奇百怪的归宿。

多次爆炸型超新星
 那些比太阳的块头要大75-150倍的土豪级恒星在垂死时的表现很不一般。这些恒星进入末年时灯干油尽，在重力压迫下坍缩，然后引发新一轮核反应，恒星再次膨胀但没有爆炸，而是到达一个新的平衡态，有点像临终前的回光返照。在这个过程中也产生近似超新星爆炸的效果，只是略为暗淡一点，而且恒星的表面部分被抛出形成一个外层球壳。当然它毕竟是垂垂老矣，新的平衡态维持不了多久，然后坍缩、膨胀多次重复，有些像爆竹中的连环炮多次闪光爆炸，直到最后一刻剧烈的爆炸后，抛出的气团与原先的外壳冲撞，形成特级明亮的超新星。

2009年，观察到了一颗略为暗淡的普通超新星，代号为SN2009ip，几个星期后暗了下去，渐渐淡出人们的视野。一年以后，出乎众人意料，在原地又发生了一次超新星爆炸，明显这颗恒星没有死绝，一直嚥不下这口气。到了2012年，又有了第三次较暗的爆炸，然后一个月后，最后来了次特级超新星爆炸。这些恒星与自恋狂的土豪一个死样，离世前还要一次次地自我表现，实在令人叹为观止。

正反粒子型超新星
 再来看看这些比太阳质量要大150-300倍的富豪级恒星的临终表现吧。这些恒星在自身超级的重力压缩下，内部的热核反应的温度高到足以产生成串的正反粒子（例如正、负电子）。产生这些正、反物质消耗了恒星的热能，提前触发了恒星向心的坍缩过程，但这时恒星内部的热核燃料仍然十分充分，因而导致超级规模的热核爆炸，恒星整个地被炸得粉身碎骨，没留下中子星，也没有黑洞。它用全部身家照亮世界，不留下一点私产，就像人间捐出所有家产的大慈善家。它们爆炸时发出的光芒比一千颗超新星还亮，在恒古的太空中可以保持数年之久，它们才是：生得光荣，死得伟大。

P1）超新星家谱

全毁型超新星
 恒星家族中还有超极巨富，它们的质量是太阳的300-1000倍，千万别以为它们的死亡会有惊天动地的效果。这些恒星的质量实在太巨大，当内部的热核反应的能量不足时，其向心重力瞬间把整个恒星压缩成超大质量的中子星—黑洞，巨大的引力使周围的时空扭曲到没有任何粒子（包括光子）可以逃逸。这类顶级巨星死亡时，只留下一个黑洞，把坍缩过程中所有激烈的反应全部一口吞下。全毁型超新星的死亡静悄悄，忧如风吹灯灭。

这类巨星好像江湖上的黑帮老大遭到暗算，不明不白地死去留下无人知晓的黑箱迷团。对这类超级巨星死亡过程的观察与一般情况正好相反，你可别指望在过程中会看到些什么，而是注意观察失去了一些什么，你会看着一颗原本明亮的恒星，突然在太空中消失。当然这类巨星在转成黑洞前一刻，也总会有一些星体外层的氢气环逸出，它们更像是垂死前的一声呜咽，或是坟头上的一缕清烟，它们的死比鸿毛还轻。

磁星型超新星
 从上面的分析中可看出，恒星的质量—相当于恒星各自的身价地位决定了它们归宿的不同。但凡事总有例外，有些恒星比较会来事，虽然身价一般，但照样可以死得风光无限。这种称作磁星（Magnetar）的恒星，质量也就太阳的10倍大小，但是它的自转速度较快。当这种恒星踏上黄泉路时，开始像普通的超新星一样爆炸发光，最后坍缩成一颗中子星[1]。生成的中子星的直径比原先缩小很多倍，根据角动量守恒原理，中子星的旋转速度会飞速变快，这与芭蕾舞演员旋转时先把手张开然后突然收紧得到的效果完全一样。

这类中子星的旋转速度可高达每秒一千转以上，比厨房中最先进的榨汁机还要转得快。由于中子星外层有带电的质子，高速运动的带电粒子必定产生强磁场。地球磁场强度大约一个高斯单位，医院中的核磁共振仪的磁场约一万高斯，而高速旋转的中子星的磁场竟可高达一千万亿高斯！宇宙中最强的的磁场都在这些高速旋转恒星死亡后留下的中子星身旁。周边物质在不可想像的强磁场的肆虐下被全部极化，成为高强度的放射源，发光的强度会比一千个超新星还亮。

事实上，超新星家族中最为风光的成员就是这类磁星，而并非是那些腰缠万贯的重量级恒星。这和人间的故事也差不多，有多少人会记得死去的财主富豪，可又有谁能忘得了玛丽莲梦露和梅兰芳？这类磁星不仅死时极尽荣华，死后仍留余辉照人间，这类恒星爆炸后剩下的余灰被强磁场激发而发光，这可以看作高速旋转的中子星的动能向电磁辐射能的转换，这个过程可以长达数千年，直至旋转渐渐变慢。最典型的例子就是那蟹状星云（Crab Nebula），它爆炸死亡于公元1054年，但至今其留下的遗骸在强磁场激励下光彩依旧。

P2）蟹状星云（Crab Nebula），超新星爆炸后的余烬被高速旋转的中子星注入的磁化等离子体涡流激发（兰色部份）

P3）NASA为该张图片撰写的解说词可翻译如下：“这张使人瞠目结舌的图片显示了一颗超新星爆炸后的残留物，这颗超新星的爆炸曾在两千年前被中国天文学家发现並留下了文字纪录。”

对于公元1054年的这颗超新星爆发在中国有详细的文献记载，宋朝的《宋会要》有北宋钦天监的记录：“至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”在一千年前，全世界有这样的天文观察、纪录、分类和保管能力的也仅有中国、阿拉伯和日本。当然最牛的还是我们的老祖宗，公元185年，中国首次纪录下了一颗超新星SN185，这个世界纪录，无人再能超越，它是中华文明永恒的荣耀！

公元185年中国“后汉书”[2]纪录下来的超新星爆炸，是人类历史上对超新星观察和描述的最早纪录，2015年NASA通过高科技手段把这颗超新星爆炸后的遗迹精确完整地呈现在了图片上。一颗代号为SN185的超新星穿越了两千年历史的天空，把后汉书上的一段中国文字与NASA的一张数码照片紧密地联系成了一体。NASA的图片不容置疑地证明了中国后汉书纪录的真实性，而后汉书的一段文字也为今日天体物理的理论和实验的完美精准作了有力的背书。

后汉书中有关超新星SN185的文字纪录无疑让每个中华儿女在世人面前露了脸爭了光。千万别认为这只是小事一桩，两千年前的黑夜里突然了出现在南方地平线上的一颗明亮的新星应该可以被当时地球上大多数人所看到，为什么在全世界其它文明中找不到相关的记录？公元185年前后正是罗马文明的鼎盛时期，罗马文明不是牛得很吗，但遗憾得很，在他们的历史文献中找不到丝毫有关超新星SN185的文字纪录[3]。意大利学者也承认要观察到超新星，並把它纪录下来，把纪录编进史书，再一代代传至后世，每个环节都非易事，这是一个巨大的系统工程。一个民族的本事、一个文明的水平不是靠吹的，而是脚踏实地的干出来的。

中子星碰撞型超新星
 最后我们要介绍的是超新星家族中的一个另类，它们是一对互相旋转的中子星最终对撞的结局。大概空中比人间更寂寞，不少大质量恒星都是成双成对围着对方旋转，纠缠不休抱团取暖。这些成双成对的星体远比人类痴情，它们在生命结束时经超新星爆炸后形成两颗中子星[4]，它们过世后留下的遗骸还会继续绕着对方旋转，真正是生死相依不分离！世上又有哪对痴心男女能够做到这一点？如今的配偶连“在世日日说恩情”也难做到，当然君死又隨人去了。

两颗互相旋转的中子星会越转越近，越转越快，最后融合为一体，巨大的质量在极小的空间里产生巨大的引力，其值可达我们地球表面引力的百亿倍！在如此巨大的引力作用下融合物成为了一个黑洞。理论计算表明，融合过程中99%的中子星构成黑洞，大约1%被抛出。这些抛出物也有辐射，亮度大约只有正常超新星的百分之一，又被戏称为小超新星（Kilonova）。这些抛出物里主要是中子，另有一部份质子和电子，它们在抛出的解压过程中，又会相互吸引组合，首先是中子抱成团，再结合质子然后是电子，形成元素表最后几排中的元素，宇宙中金、铂和铀等大部分的贵金属都是这样产生的。喷发出的贵金属和恒星间的气体和尘埃互相混合、碰撞，构成了新一代星体，重金属就散布在了其中。在贪婪的人类心目中，双中子星是世界财富的最大的贡献者，事实上我们地球上的贵金属也是这么来的。

对超新星深入研究还刚开始，依靠太空望远镜等新的观测手段和超级计算机的数值模拟，科学家正在对上述几种模型作更深入的研究。这些研究将帮助我们进一步认识和完善宇宙演化理论和微观世界的标准模型。

人有千面，星有百态，千姿百态的超新星让人眼花缭乱。但有趣的超新星却离开我们太为遥远，终究当不了饭吃，这些研究与你我的日常生活似乎一点关系也没有。总得让诸位读毕全文有一点小收获，为此特加入下面一小段求婚誓言，希望不是狗尾续貂吧。

“亲，请你收下这只黃金戒指。金虽不多价也有限，但它却是来自遥远的星空。那里曾经有一对伴星，它们生前悱恻缠绵不分离，死后遗骸绕一起，最终融成一体生成金铂射四方。越过千万年的时空，有些金子来到生成太阳系的星团中，并最终留在了地球的地层里。这只黃金戒指本是一段刻骨铭心感情的结晶，今天愿它成为我们至死不喻永结同心的见证。”

[1]根据科学计算，质量为太阳约8~2、30倍的恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，它就有可能最后变为一颗中子星。中子星的密度在每立方厘米8*1013克至2*1015克之间，此密度大约是原子核的密度。在中子星里，压力是如此之大，电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，中子简并压支撑住了中子星，阻止它进一步压缩。而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。中子星具有许多非常独特的物理性质，这些性质都是在地球实验室中永远也无法达到的。

[2]后汉书对超新星SN185描述的原文为：“中平二年十月癸亥，客星出南门中，大如半筵，五色喜怒稍小，至后年六月消。"翻成白话文即是：“灵帝中平二年十月癸亥（December 7, AD 185），有新星出现在南门二星中间（即 α and β Cen.），其大如斗笠，五彩光芒闪烁不定，后来稍稍变暗，到第三年的六月，才完全消失不见。”

[3]链接:http://briai.ku.lt/downloads/AB/10/10_094-098_Polcaro,_Martocchia.pdf

[4]互相旋转双星演化末期会有多种结局：互相旋转的两颗中子星、中子星和黑洞各一和两个黑洞。今年年初的引力波事件就是两颗旋转的黑洞最后碰撞造成的。