爆發(fā)的恒星

在1998年的頭幾個(gè)月,兩組天文學(xué)家相繼發(fā)表了他們關(guān)于遠(yuǎn)方恒星爆發(fā)的觀測(cè)結(jié)果。1無論是包含40顆超新星的超新星宇宙學(xué)項(xiàng)目(Supernova Cosmology Project),還是追蹤著14顆超新星的高紅移超新星計(jì)劃(High-z Supernova Search Team),關(guān)注的都是20億光年以外的爆發(fā)恒星。2兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都由經(jīng)驗(yàn)豐富的天文學(xué)家組成,他們深知自己所做出的論斷,將給學(xué)術(shù)界帶來什么樣的震撼。因此,在結(jié)果發(fā)表之前,兩個(gè)小組都對(duì)可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行了反復(fù)的檢查。在一切成熟之后,1998年1月,索爾·帕爾馬特(Saul Perlmutter)作為超新星宇宙學(xué)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人,終于在華盛頓特區(qū)舉辦的第191屆美國(guó)天文學(xué)會(huì)年會(huì)上,展示了一張標(biāo)記為“初步分析結(jié)果”的圖片。盡管發(fā)言人一再?gòu)?qiáng)調(diào)這只是所有數(shù)據(jù)初步分析的結(jié)果,但這張圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)依然清晰顯示了宇宙常數(shù)的存在。緊接著,在2月份于加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)舉辦的暗物質(zhì)研討會(huì)上,高紅移超新星計(jì)劃小組也公開了他們的成果。兩項(xiàng)研究一致指出,如果宇宙中充滿了物質(zhì),那么超新星的光芒要比實(shí)際觀測(cè)到的更加明亮,而暗能量是解釋這一差異最好的選擇。

超新星可以分為兩類。其中一類來自于某個(gè)大質(zhì)量恒星(至少8倍太陽(yáng)質(zhì)量)的華麗謝幕。另一類,或稱Ia類超新星,則是兩個(gè)小質(zhì)量伴星系統(tǒng)的晚年產(chǎn)物。這種伴星系統(tǒng)由兩個(gè)相互環(huán)繞運(yùn)行的恒星組成。當(dāng)其中一顆恒星耗盡它的能量后,會(huì)變成一顆由逐漸冷卻的、由氧和碳組成的白矮星,并慢慢平靜地退出歷史舞臺(tái)。此時(shí),伴星系統(tǒng)就演變?yōu)橐粋€(gè)“恒星—白矮星”組合。當(dāng)?shù)诙w恒星也開始衰亡時(shí),卻會(huì)出現(xiàn)一些麻煩。事實(shí)上,當(dāng)一顆恒星耗盡了所有的氫之后,它首先會(huì)膨脹一段時(shí)間,形成一顆巨星或紅巨星,而后隨著內(nèi)核的收縮,逐漸褪去外殼,并最終形成白矮星。但對(duì)伴星系統(tǒng)而言,當(dāng)?shù)诙w恒星經(jīng)歷它的巨星階段時(shí),會(huì)將一部分質(zhì)量?jī)?chǔ)存在白矮星中。而由于白矮星對(duì)自身質(zhì)量相當(dāng)敏感,這些額外的質(zhì)量會(huì)增加白矮星內(nèi)核的壓力,從而觸發(fā)一系列核聚變反應(yīng)。這一過程所帶來的結(jié)果是災(zāi)難性的:白矮星會(huì)極其猛烈地爆發(fā),將自己和相伴的恒星直接抹去。

但是,從一個(gè)宇宙學(xué)家的角度來看,這些爆發(fā)是非常有價(jià)值的。首先,爆發(fā)所放出的光異常明亮,在(宇宙學(xué)意義上)很遠(yuǎn)的距離之外都可以看到。其次,通過觀測(cè)超新星的天文學(xué)特征,我們可以推算其固有亮度,并據(jù)此在宇宙中標(biāo)度距離。正因?yàn)榇?這些超新星爆發(fā)也被稱為“標(biāo)準(zhǔn)爆發(fā)點(diǎn)”。