參宿四要爆炸了?

公元1054年7月4日，清晨的東方，天空中突然出現了一顆非常耀眼的「客星」。那顆客星甚為壯觀，按照《宋會要》等古籍的記載，在最初的二十多天裡，它不僅白天可見（根據現有推斷，視亮度可能達到了-7到-4.5等），到了晚上更是耀眼。在此之後儘管亮度變暗，仍然持續了近兩年的時間。

在中國古代，客星可能表示彗星或者超新星爆發，前者又常常帶有不祥之意，因此這顆客星的出現想必也曾引起不小的恐慌。如今，天文學的進步，讓我們對古代的很多天象記錄有了更為合理和科學的認識。在最近的一百多年間，通過大型的天文觀測設備，天文學家對這塊區域進行了重新觀測，確認了1000多年前的那顆客星其是一次超新星爆發。在它的中心產生了一顆脈衝星，外部則形成了一塊非常漂亮的星雲，因為形似螃蟹，因此被命名為蟹狀星雲。

超新星遺蹟蟹狀星雲，以及宋代有關其爆發的記載 / 網絡

在此以後，又有幾顆肉眼可見的超新星被記錄下來。最近的一次銀河系內肉眼可見的超新星是爆發於1605年的克卜勒超新星，那是在望遠鏡發明前四年。在記錄中，歷史上總共只有8顆肉眼可見的超新星，數目非常稀少。不過藉助強大的天文望遠鏡，在計算機的輔助下，現在我們可以很容易地找到宇宙中距離我們十分遙遠而暗弱的超新星爆發事件。然而，像1054年那樣明亮的超新星爆發現象，在此之後還從未再次出現過。

不過，看起來參宿四很可能就是下一顆，而且很快就會爆發。

參宿四在獵戶座中的位置 / 網絡

參宿四是位於獵戶座的一顆紅色超大恆星，它是冬季夜空中最亮的恆星之一，通過肉眼可以很容易看到。它和大犬座的天狼星、小犬座的南河三一起，構成了著名的冬季大三角。參宿四的質量大約是太陽的10倍，如果把它放在太陽的位置，它的外緣將延伸到火星軌道之外。它比太陽更重，所以一方面它擁有更多的燃料，比太陽更加明亮；另一方面因為消耗燃料的速度過快，它的壽命也更短。太陽的壽命約為100億年，如今即將過半。而參宿四的壽命約是1000萬年，觀測表明它很可能已經走到生命的盡頭。

 ALMA拍攝到的參宿四，也是迄今解析度最高的太陽系外恆星照片 / ALMA

在過去的一段時間裡，參宿四的亮度變化非常奇怪。天文學家們先是觀察到它的亮度急劇變暗，最近幾日又突然變亮，這讓他們猜測：會不會是參宿四爆炸的時刻即將到來？一些人猜測這顆星很可能即將發生超新星爆發，甚至有人說這顆星其實已經爆炸，只是因為距離遙遠，光需要幾百年的時間才能傳到地球之上，所以我們尚未看到。這些說法引發了全球天文愛好者和大眾的高度關注。

近日，物理學生、業餘天文學家Victor C.發布的一條推特引發了參宿四爆炸的熱議

對於恆星變亮之前變暗這種現象的產生原因，仍然有不同的爭論。一種可能的原因是參宿四內部的物質在受熱時產生對流，使得恆星表面上出現熱斑。一些熱斑會被噴射到太空中，在恆星表面留下相對較冷和較暗的區域，從而讓它看起來好像變暗了。不過也有可能是這顆恆星內部很自然的周期性變化所致。在之前參宿四亮度下降的時候就有人預言了它將再次變亮，因此亮度的變化可能與超新星爆發沒有太大關係。

參宿四亮度變化表

不過按照現有研究可以肯定的是，那就是參宿四註定很快會成為一顆超新星。但是用天文術語來說，「很快」可能意味著從今天到10萬年後的任何時間。大家可能會感到疑惑，現代科學理論已經如此精確，為何天文學家仍然不能準確預測恆星爆發的時間？這是因為恆星內部的結構非常複雜，存在諸多的不確定性。事實上，一顆大質量恆星如何在它生命末期演變為超新星爆發，是困惑了天文學家很久的難題。儘管最近一些年取得了相當多的進展，但依舊還是太多不能準確回答的問題。就像一些天文學家所說，參宿四究竟什麼時候成為超新星爆發，誰又能準確預測呢。

當參宿四這樣的大質量恆星耗盡燃料時，維持其核心發光的核反應就會停止。它將沒有足夠的輻射來抵抗重力，導致核心坍縮，形成一顆緻密的中子星。此時外部氣體坍縮下落過程中產生的衝擊波會將整個恆星摧毀，成為一顆非常耀眼的超新星。這顆恆星爆發時候所產生的絕對亮度，會比銀河系中其它所有恆星產生的亮度總和還要大。

超新星爆發想像圖

如果參宿四真的爆炸，普通大眾會看到何種景象呢？在地球上觀看參宿四的爆炸將是極其壯觀的，足以讓你大飽眼福。它的亮度甚至會超過當年的1054超新星（相比較而言，參宿四距離我們700光年，而蟹狀星雲距離我們6500光年），在連續幾個星期內，我們不僅能在白天看到它，晚上的時候它甚至會像滿月一樣明亮。

不過你也不用過分擔心，即使參宿四發生超新星爆發，也不會傷害到地球。根據天文學家的估算，參宿四的爆炸不會破壞地球大氣層，因為它的質量不夠大，還不足以產生很強的伽馬輻射（比如伽瑪射線暴）。參宿四距離地球700光年，儘管在宇宙尺度上並不遙遠，但對地球而言也已經足夠遙遠了，不足以造成任何破壞。

更重要的是，從天文研究的尺度來看，參宿四距離我們很近，這將為天文學家提供極好的科學研究機會，就像當年的1987A超新星一樣。1987年2月23日，距離地球大約16萬光年的一顆恆星在大麥哲倫星雲中發生了超新星爆發，天文學家隨後將其命名為1987A超新星，它也是望遠鏡發明以來距離地球最近的一次超新星爆發（此超新星的最大視亮度為3等）。

1987A超新星爆發後的遺蹟 / NASA

超新星爆發不僅會產生我們非常熟悉的的電磁波(包括可見光、x射線等)，同時還會產生大量高能的中微子。當時全世界共有三臺中微子探測器監測了此次超新星爆發，分別是日本的超級神岡探測器、前蘇聯的巴克三中微子觀測所，以及美國的Irvine–Michigan–Brookhaven中微子探測器。那次中微子爆發過程持續了短短的13秒，而在3小時之後，1987A超新星發出的可見光才到達地球，並被地面上的天文望遠鏡觀測到。中微子的探測幫助天文學家驗證了超新星坍縮模型，這是人類第一次在太陽之外明確地探測到中微子信號。而這次中微子的直接探測也開創了一門新的學科分支——中微子天文學，更是拉開了多信使天文探測的大幕。日本和美國中微子探測器的負責人因此還獲得了2002年的諾貝爾物理學獎。

2015年9月14日，美國的雷射幹涉引力波探測設備終於直接探測到了雙黑洞合併的引力波，等待了上百年的引力波時代正式開啟。而在2017年8月17日，中子星的合併事件被LIGO和VIRGO探測到，這個併合事件不僅僅有引力波產生，而且更是有很強電磁信號產生，所以它也吸引了上百個科研機構的科學家，利用全球70多架地面和空間望遠鏡進行全波段觀測。這些研究不僅讓我們直接觀察到了之前預言已久的新現象，例如千新星，驗證了一些懸而未決的理論。當然中微子探測器也進行了觀測，但是很遺憾並沒有探測到任何信號。這次觀測，多個不同探測設備的結合，讓科學家非常興奮的是，首次了解到了雙中子星從合併前到合併後的演化的完整過程，看到了多信使的強大威力，自此，掀起了多信使天文探測的熱潮。

雙中子星合併藝術圖

在產生引力波的眾多物理機制當中，不僅有黑洞合併或者中子星，超新星爆發也是其中一種。不過根據理論計算，超新星爆發所產生引力波相對要弱一些，到目前為止它還從未被觀測到。參宿四距離地球僅700光年，無論是對於從事引力波研究的物理學家、從事超新星研究的天文學家，還是對於中微子研究的高能物理學家來說，它的爆炸都將是一個千載難逢的機會，可以利用多信使的觀測手段全面近距離監測這顆恆星死亡的過程。

在接下來的時間裡，天文學家正在持續關注這顆異常的恆星。一旦參宿四爆炸，數年之後獵戶座肩頭的那顆明珠將會消失，取而代之的是一片美麗的星雲，為夜空增添一塊新的瑰麗景象。或許它就是獵人狩獵結束扛在肩頭的獵物，並將伴隨人類千百萬年的時光。無論如何，讓我們期待有生之年，能夠目睹這場宇宙壯觀煙花的綻放。

超新星爆發示意圖

作者簡介 /

苟利軍，中國科學院國家天文臺研究員，中國科學院大學崗位教授，《中國國家天文》雜誌執行總編。

編輯 / 黃京一  蔡琳  柒柒  懷塵

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