徐令予博客
考槃在澗，碩人之寬。獨寐寤言，永矢弗諼。考槃在阿，碩人之薖。獨寐寤歌，永矢弗過。考槃在陸，碩人之軸。獨寐寤宿，永矢弗告。
超新星家族的傳奇故事
深夜仰望星空，常會感歎人生苦短。“衰蘭送客鹹陽道，天若有情天亦老。”人們錯以為：天地無情得長生，星月冷酷獲永恒。事實上天空中的星星和人一樣也有生老病死，“莫怪世人容易老，恒星也有白頭時。”
質量為十個太陽單位以上的恒星演化到末期，其內部核燃料漸漸耗盡，熱核反應的能量不足以平衡巨大的向心重力，導致恒星本體向中心急劇的坍縮，最後形成一顆中子星。快速急劇的引力坍縮在恒星內部造成高溫高壓狀態，有壓迫必有反抗，從而引發新一輪更為激烈的熱核爆炸，爆炸的殘骸以每秒數千公裏的速度向外噴射，輻射的光芒比10億個太陽還亮。
這些恒星是真正的英雄，它們燃燒自己，照亮別人，當油枯燈盡走向自已生命終點時，它會有最後一次的奮搏和爆發，這是恒星為自己的葬禮獻上的最為淒美的禮花。“鳥之將死，其鳴也哀；星之將滅，其形亦美。”恒星歸葬時的禮花在天空中可維持數月之久。
但是這些超新星離開地球都十分遙遠，很難被我們觀察到。公元185年和公元1054年各有一顆超新星被紀錄在案，這是人類史書上關於超新星最早最完整的紀載，它們全是被中國人用漢字完成的，為什麽總有些華人要作踐和糟塌那曾經輝煌燦爛過的中華文明呢？既無聊又無知！
數千年來，紀錄在書的超新星寥寥無幾，似乎超新星出現隻是小概率事件。近年來，依靠太空望遠鏡、計算機控製的大型天文望遠鏡、全新的數字化圖象存貯和處理技術，現在天文學家每周發現的超新星幾乎都超過整個二十世紀前的總和。更使科學家驚歎的是：人有千麵，星有百態，這些恒星最終宿命都各有不同。寂靜的夜空中，超新星爆炸此起彼伏、千姿百態，就象節日夜空中?爛的煙花！
今日對各種超新星的觀測、分析和研究已經成為宇宙演化學的重要組成部分。恒星的宿命主要是由自身質量決定的，是恒星內部密度、溫度和引力三者博奕的結果。現在讓我們看看超新星家族成員千奇百怪的歸宿。
多次爆炸型超新星
那些比太陽的塊頭要大75-150倍的土豪級恒星在垂死時的表現很不一般。這些恒星進入末年時燈幹油盡，在重力壓迫下坍縮，然後引發新一輪核反應，恒星再次膨脹但沒有爆炸，而是到達一個新的平衡態，有點像臨終前的回光返照。在這個過程中也產生近似超新星爆炸的效果，隻是略為暗淡一點，而且恒星的表麵部分被拋出形成一個外層球殼。當然它畢竟是垂垂老矣，新的平衡態維持不了多久，然後坍縮、膨脹多次重複，有些像爆竹中的連環炮多次閃光爆炸，直到最後一刻劇烈的爆炸後，拋出的氣團與原先的外殼衝撞，形成特級明亮的超新星。
2009年，觀察到了一顆略為暗淡的普通超新星，代號為SN2009ip，幾個星期後暗了下去，漸漸淡出人們的視野。一年以後，出乎眾人意料，在原地又發生了一次超新星爆炸，明顯這顆恒星沒有死絕，一直嚥不下這口氣。到了2012年，又有了第三次較暗的爆炸，然後一個月後，最後來了次特級超新星爆炸。這些恒星與自戀狂的土豪一個死樣，離世前還要一次次地自我表現，實在令人歎為觀止。
正反粒子型超新星
再來看看這些比太陽質量要大150-300倍的富豪級恒星的臨終表現吧。這些恒星在自身超級的重力壓縮下，內部的熱核反應的溫度高到足以產生成串的正反粒子（例如正、負電子）。產生這些正、反物質消耗了恒星的熱能，提前觸發了恒星向心的坍縮過程，但這時恒星內部的熱核燃料仍然十分充分，因而導致超級規模的熱核爆炸，恒星整個地被炸得粉身碎骨，沒留下中子星，也沒有黑洞。它用全部身家照亮世界，不留下一點私產，就像人間捐出所有家產的大慈善家。它們爆炸時發出的光芒比一千顆超新星還亮，在恒古的太空中可以保持數年之久，它們才是：生得光榮，死得偉大。
P1）超新星家譜
全毀型超新星
恒星家族中還有超極巨富，它們的質量是太陽的300-1000倍，千萬別以為它們的死亡會有驚天動地的效果。這些恒星的質量實在太巨大，當內部的熱核反應的能量不足時，其向心重力瞬間把整個恒星壓縮成超大質量的中子星—黑洞，巨大的引力使周圍的時空扭曲到沒有任何粒子（包括光子）可以逃逸。這類頂級巨星死亡時，隻留下一個黑洞，把坍縮過程中所有激烈的反應全部一口吞下。全毀型超新星的死亡靜悄悄，憂如風吹燈滅。
這類巨星好像江湖上的黑幫老大遭到暗算，不明不白地死去留下無人知曉的黑箱迷團。對這類超級巨星死亡過程的觀察與一般情況正好相反，你可別指望在過程中會看到些什麽，而是注意觀察失去了一些什麽，你會看著一顆原本明亮的恒星，突然在太空中消失。當然這類巨星在轉成黑洞前一刻，也總會有一些星體外層的氫氣環逸出，它們更像是垂死前的一聲嗚咽，或是墳頭上的一縷清煙，它們的死比鴻毛還輕。
磁星型超新星
從上麵的分析中可看出，恒星的質量—相當於恒星各自的身價地位決定了它們歸宿的不同。但凡事總有例外，有些恒星比較會來事，雖然身價一般，但照樣可以死得風光無限。這種稱作磁星（Magnetar）的恒星，質量也就太陽的10倍大小，但是它的自轉速度較快。當這種恒星踏上黃泉路時，開始像普通的超新星一樣爆炸發光，最後坍縮成一顆中子星[1]。生成的中子星的直徑比原先縮小很多倍，根據角動量守恒原理，中子星的旋轉速度會飛速變快，這與芭蕾舞演員旋轉時先把手張開然後突然收緊得到的效果完全一樣。
這類中子星的旋轉速度可高達每秒一千轉以上，比廚房中最先進的榨汁機還要轉得快。由於中子星外層有帶電的質子，高速運動的帶電粒子必定產生強磁場。地球磁場強度大約一個高斯單位，醫院中的核磁共振儀的磁場約一萬高斯，而高速旋轉的中子星的磁場竟可高達一千萬億高斯！宇宙中最強的的磁場都在這些高速旋轉恒星死亡後留下的中子星身旁。周邊物質在不可想像的強磁場的肆虐下被全部極化，成為高強度的放射源，發光的強度會比一千個超新星還亮。
事實上，超新星家族中最為風光的成員就是這類磁星，而並非是那些腰纏萬貫的重量級恒星。這和人間的故事也差不多，有多少人會記得死去的財主富豪，可又有誰能忘得了瑪麗蓮夢露和梅蘭芳？這類磁星不僅死時極盡榮華，死後仍留餘輝照人間，這類恒星爆炸後剩下的餘灰被強磁場激發而發光，這可以看作高速旋轉的中子星的動能向電磁輻射能的轉換，這個過程可以長達數千年，直至旋轉漸漸變慢。最典型的例子就是那蟹狀星雲（Crab Nebula），它爆炸死亡於公元1054年，但至今其留下的遺骸在強磁場激勵下光彩依舊。
P2）蟹狀星雲（Crab Nebula），超新星爆炸後的餘燼被高速旋轉的中子星注入的磁化等離子體渦流激發（蘭色部份）
P3）NASA為該張圖片撰寫的解說詞可翻譯如下：“這張使人瞠目結舌的圖片顯示了一顆超新星爆炸後的殘留物，這顆超新星的爆炸曾在兩千年前被中國天文學家發現並留下了文字紀錄。”
對於公元1054年的這顆超新星爆發在中國有詳細的文獻記載，宋朝的《宋會要》有北宋欽天監的記錄：“至和元年五月，晨出東方，守天關，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。”在一千年前，全世界有這樣的天文觀察、紀錄、分類和保管能力的也僅有中國、阿拉伯和日本。當然最牛的還是我們的老祖宗，公元185年，中國首次紀錄下了一顆超新星SN185，這個世界紀錄，無人再能超越，它是中華文明永恒的榮耀！
公元185年中國“後漢書”[2]紀錄下來的超新星爆炸，是人類曆史上對超新星觀察和描述的最早紀錄，2015年NASA通過高科技手段把這顆超新星爆炸後的遺跡精確完整地呈現在了圖片上。一顆代號為SN185的超新星穿越了兩千年曆史的天空，把後漢書上的一段中國文字與NASA的一張數碼照片緊密地聯係成了一體。NASA的圖片不容置疑地證明了中國後漢書紀錄的真實性，而後漢書的一段文字也為今日天體物理的理論和實驗的完美精準作了有力的背書。
後漢書中有關超新星SN185的文字紀錄無疑讓每個中華兒女在世人麵前露了臉爭了光。千萬別認為這隻是小事一樁，兩千年前的黑夜裏突然了出現在南方地平線上的一顆明亮的新星應該可以被當時地球上大多數人所看到，為什麽在全世界其它文明中找不到相關的記錄？公元185年前後正是羅馬文明的鼎盛時期，羅馬文明不是牛得很嗎，但遺憾得很，在他們的曆史文獻中找不到絲毫有關超新星SN185的文字紀錄[3]。意大利學者也承認要觀察到超新星，並把它紀錄下來，把紀錄編進史書，再一代代傳至後世，每個環節都非易事，這是一個巨大的係統工程。一個民族的本事、一個文明的水平不是靠吹的，而是腳踏實地的幹出來的。
中子星碰撞型超新星
最後我們要介紹的是超新星家族中的一個另類，它們是一對互相旋轉的中子星最終對撞的結局。大概空中比人間更寂寞，不少大質量恒星都是成雙成對圍著對方旋轉，糾纏不休抱團取暖。這些成雙成對的星體遠比人類癡情，它們在生命結束時經超新星爆炸後形成兩顆中子星[4]，它們過世後留下的遺骸還會繼續繞著對方旋轉，真正是生死相依不分離！世上又有哪對癡心男女能夠做到這一點？如今的配偶連“在世日日說恩情”也難做到，當然君死又隨人去了。
兩顆互相旋轉的中子星會越轉越近，越轉越快，最後融合為一體，巨大的質量在極小的空間裏產生巨大的引力，其值可達我們地球表麵引力的百億倍！在如此巨大的引力作用下融合物成為了一個黑洞。理論計算表明，融合過程中99%的中子星構成黑洞，大約1%被拋出。這些拋出物也有輻射，亮度大約隻有正常超新星的百分之一，又被戲稱為小超新星（Kilonova）。這些拋出物裏主要是中子，另有一部份質子和電子，它們在拋出的解壓過程中，又會相互吸引組合，首先是中子抱成團，再結合質子然後是電子，形成元素表最後幾排中的元素，宇宙中金、鉑和鈾等大部分的貴金屬都是這樣產生的。噴發出的貴金屬和恒星間的氣體和塵埃互相混合、碰撞，構成了新一代星體，重金屬就散布在了其中。在貪婪的人類心目中，雙中子星是世界財富的最大的貢獻者，事實上我們地球上的貴金屬也是這麽來的。
對超新星深入研究還剛開始，依靠太空望遠鏡等新的觀測手段和超級計算機的數值模擬，科學家正在對上述幾種模型作更深入的研究。這些研究將幫助我們進一步認識和完善宇宙演化理論和微觀世界的標準模型。
人有千麵，星有百態，千姿百態的超新星讓人眼花繚亂。但有趣的超新星卻離開我們太為遙遠，終究當不了飯吃，這些研究與你我的日常生活似乎一點關係也沒有。總得讓諸位讀畢全文有一點小收獲，為此特加入下麵一小段求婚誓言，希望不是狗尾續貂吧。
“親，請你收下這隻黃金戒指。金雖不多價也有限，但它卻是來自遙遠的星空。那裏曾經有一對伴星，它們生前悱惻纏綿不分離，死後遺骸繞一起，最終融成一體生成金鉑射四方。越過千萬年的時空，有些金子來到生成太陽係的星團中，並最終留在了地球的地層裏。這隻黃金戒指本是一段刻骨銘心感情的結晶，今天願它成為我們至死不喻永結同心的見證。”
[1]根據科學計算，質量為太陽約8~2、30倍的恒星演化到末期，經由引力坍縮發生超新星爆炸之後，它就有可能最後變為一顆中子星。中子星的密度在每立方厘米8*1013克至2*1015克之間，此密度大約是原子核的密度。在中子星裏，壓力是如此之大，電子被壓縮到原子核中，同質子中和為中子，中子簡並壓支撐住了中子星，阻止它進一步壓縮。而整個中子星就是由這樣的原子核緊挨在一起形成的。可以這樣說，中子星就是一個巨大的原子核。中子星具有許多非常獨特的物理性質，這些性質都是在地球實驗室中永遠也無法達到的。
[2]後漢書對超新星SN185描述的原文為：“中平二年十月癸亥，客星出南門中，大如半筵，五色喜怒稍小，至後年六月消。"翻成白話文即是：“靈帝中平二年十月癸亥（December 7, AD 185），有新星出現在南門二星中間（即 α and β Cen.），其大如鬥笠，五彩光芒閃爍不定，後來稍稍變暗，到第三年的六月，才完全消失不見。”
[3]鏈接:http://briai.ku.lt/downloads/AB/10/10_094-098_Polcaro,_Martocchia.pdf
[4]互相旋轉雙星演化末期會有多種結局：互相旋轉的兩顆中子星、中子星和黑洞各一和兩個黑洞。今年年初的引力波事件就是兩顆旋轉的黑洞最後碰撞造成的。
記得雙中子星合並，給我們送來了引力波脈衝
我們有生之年應能親眼見到一顆Super Nova