[비즈한국] 如果说人的一生中必须列举两个最特别的时刻，那无论如何都会是出生那天与离世那天。恒星的生命周期也是如此。像我们一样，恒星也会经历诞生与死亡。詹姆斯·韦布（James Webb）、哈勃（Hubble）以及所有的太空望远镜，都致力于捕捉恒星灿烂的诞生与死亡瞬间。恒星生灭之处，无疑是望远镜所能观测到的宇宙中最美丽的景象之一。
1990年首次进入轨道的哈勃太空望远镜如今已经34岁了。以人的年纪来看，已不再是懵懂的幼年。凭借这长达三分之一世纪的观测，哈勃太空望远镜甚至向我们展示了宇宙演变的过程。如果将多年观测同一颗恒星的影像连接起来，就像看动图一样，可以清晰地观察到其形状或位置的变化。
当然，恒星的寿命相比人类而言进展极为缓慢。恒星的寿命从数千万年到数十亿年不等。因此，仅仅在30多年这一短暂的时间跨度内观察到有意义的变化非常困难。但恒星生死的瞬间却是其生命中最极端的时刻。即便平日里缓慢而沉静的恒星，也会在这一刻展现出最剧烈且暴躁的一面。这些变动即便用哈勃望远镜也足以捕捉到。最近，哈勃观测到的那美丽影像已被公开。
在宝瓶座方向1000光年外，有一颗名为“宝瓶座R”（R Aquarii）的恒星。通过整合2014年至2023年间约9年的哈勃太空望远镜观测数据，科学家们确认了从该星体向四面八方喷射的能量喷流。这是一个由已经演化结束的白矮星与正处于演化过程中的巨大红巨星构成的共生双星系统。由于大质量的红巨星过于靠近白矮星的洛希极限（Roche limit），其物质正在快速向白矮星吸积。
随着红巨星的物质大量被白矮星吸入，导致白矮星变得极不稳定，从而在两侧形成了长长的能量喷流。包围在恒星周围的星云被强大的喷流吹开，形成了形状独特的星云和残骸。这对双星系统以约44年的周期相互环绕。随着轨道运行距离拉近，喷流增强，恒星亮度随之激增的现象反复出现。观看哈勃9年连续拍摄的照片，可以像看实时视频一样，看到星云中心在变动，亮度在改变，物质也在向四周扩散。
有时，由于物质剧烈喷发，可能会观测到类似恒星爆炸的“新星”现象。不过，宝瓶座R所在的位置历史上并未正式记录过新星爆发。尽管公元930年左右日本天文学家曾记录下该位置疑似新星的现象，但尚未确定。通过此次哈勃太空望远镜观测到的喷流轨迹进行逆向推算，约1100年前极有可能发生过强烈的爆发。中心红巨星的亮度曾一度激增至平时的750倍，在当时即便肉眼也完全可以观测到，并可能在数月内缓慢变暗，从而在人类记录中留下了痕迹。
除了躁动的双星，整颗恒星消失的“超新星爆发”更是不可错过的震撼现象。即使在遥远的地方也能看到它的光芒。人类历史上很早就有关于偶然目睹超新星的记录。1181年，中国天文学家在靠近今仙后座的方向发现了一颗突然出现的黯淡恒星。它像一位之前未曾露面却突然到访的客人，被称为“客星”。
进入21世纪，天文学家们开始寻找这颗超新星留下的痕迹。如果850年前发生过超新星爆发，现在应该还有残骸存在。天文学家们开展了一项公民科学项目，在公众帮助下梳理已退役的WISE红外太空望远镜的数据。参与项目的业余天文学家达纳·帕奇克（Dana Patchick）在仙后座附近发现了新的气体残骸。这颗被命名为“Pa 30”的天体（意为他发现的第30颗天体），被认为是1181年历史记录中那场超新星爆发的残骸。
起初发现Pa 30时，天文学家认为它只是一颗轻质量恒星死亡后留下的行星状星云。但它的形态过于独特——呈现出长长的触手状，向四面八方笔直延伸。此外，中心居住着一颗温度极高的白矮星，表面温度高达近20万摄氏度，比只有5000至6000摄氏度的太阳表面热近40倍。这是迄今发现的恒星中温度最高的一类。观测显示，物质正以高达1.6万公里/秒的极高速度向外扩张，这证明了此处确实是正在因剧烈爆发而扩散的超新星残骸。
但如果这里真的是超新星爆发地点，那么随之而来的关键问题是：为何爆发后中心的白矮星没有被摧毁，反而完好无损地存活了下来？
天文学家推测，这是一种极为罕见的Iax型超新星。据说这并非单颗大质量恒星独自坍缩爆炸，而是两颗白矮星相互碰撞的结果。这种爆炸在中心留下一颗巨大的超重白矮星，使恒星即便爆炸也不会完全毁灭，仍有部分存活。因此，它也被称为“僵尸星”。僵尸星极不稳定，正向四周喷发出强大的恒星风。天文学家推测，这颗恒星未来仍有可能再次经历超新星爆发。
在Pa 30中还检测到了镍元素。镍的存在可以解释为何中心恒星能保持如此惊人的高温——镍的不稳定放射性同位素衰变会产生巨大的热量。不过这里有一个重要问题：镍同位素的半衰期仅约6天。按常理，镍同位素应该很快消失。但如果是在保持极高压力的坍缩白矮星内部，镍同位素可能得以维持，因为衰变后的镍通过不断捕获电子，可以持续衰变长达数个世纪。
最近，天文学家利用夏威夷凯克天文台（Keck Observatory）的KCWI（Cosmic Web Imager）设备，更细致地观测了Pa 30超新星残骸。有趣的是，这些触手状结构自首次向四面八方喷射以来，速度似乎并未减弱，仍在持续高速扩张。这就像四处发射的弹道导弹，意味着这是很久以前从中心发射出的巨大且沉重物质所留下的痕迹。
该视频是基于最新观测结果重建的超新星残骸Pa 30的3D模型。天文学家根据红外波段的光谱数据，分析了每条触手向哪个方向、以多快速度扩散。通过这一分析，确认了朝向地球和远离地球的触手，并将其转化为3D立体影像。在向四面八方延伸的众多触手中心，那颗未死且炽热的白矮星依然聚集在那里。触手物质大约从800年前开始沿各自方向直线飞行。通过逆向推算触手的速度与方向，物质在中心汇聚的时间点约为公元1151年±75年。也就是说，大约在1151年左右确实发生了超新星爆发，这与中国文献记载的时间非常吻合。
此次进一步观测还揭示了另一个有趣的事实。首先，超新星残骸中心存在一个物质相对较少的空洞。这些勾勒出触手形状的物质，最初并非从超新星残骸的正中心开始扩散，而是从略偏离中心的位置开始的。严格来说，它并非从原先白矮星所在位置扩散，而是中心超新星爆发后，包围该区域的某种壳层结构在扩张过程中，发生了极其强烈的“弹道式喷发”。
另一方面，触手扩散的弹道速度与周围扩散的气体残骸本身速度存在巨大差异。从中心白矮星释放的气体物质以高达16000公里/秒的速度扩散，而构成触手状的物体速度却不到其十分之一，仅为600至1000公里/秒。这可能是因为被弹道式喷发的物体质量比普通气体物质大得多。不过，这些“炮弹”究竟为何物尚难以确定。
更令人感兴趣的是，绘制3D地图时发现的速度分布表明，这种弹道式喷发并非完全对称。触手向四面八方扩散的速度随方向不同，差异可达40%左右。这看起来是一次相当不对称的爆发，导致物质在特定方向上被更猛烈地喷射。
令人惊叹的是，当我们现在用清晰的望远镜望向古人曾经目睹并记录下这一惊人现象的夜空时，依然可以看到那种似乎很久以前爆发后留下的残骸和痕迹。对人类而言，这是一个跨越了几十代人、间隔极其漫长的事件，但在天文尺度上看，我们仿佛已经连续一千年目睹着同一个现象。远古的爆炸已经发生，而残骸仍在向宇宙空间扩散。我们与1000年前的祖先因同一颗恒星的爆炸而相连。在同一位置爆发的同一颗恒星，至今仍给生活在地球上的一代代人类带来震撼。
恒星的生与死是宇宙中最具活力的时刻。与其他通常以千万年、亿年为单位的现象不同，恒星的生灭以人类可以感知的数十年、数百年为尺度。因此，只要人类保持耐心，完全可以亲眼见证宇宙的实时演变。
参考资料
https://www.keckobservatory.org/dandelion-supernova/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad713b
https://esahubble.org/videos/v-r-aquarii_1/
作者池雄培（Ji Ung-bae）是谁？热爱猫与宇宙。童年时期在看了《银河铁道999》后，立志要将宇宙的美丽传播开来。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论实验室研究通过星系相互作用进行的演化，同时参与讲座与写作等多种科学传播活动。著有《썸 타는 천문대》（暧昧天文台）、《하루 종일 우주 생각》（整天想宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科学）等书。