- 作者 / 海诺．法尔克 （Heino Falcke）、约格．罗默（Jörg Römer）
- 译者 / 姚若洁
发生在天上的死亡事件：超新星爆炸
公元 1054 年，全世界的人都惊讶的仰望天空。有些人可能担心巨大的灾难即将发生。中国北宋的天文学家精确记下这场天空中的惊人事件，记录到苍穹中有颗与金星（太白）一样明亮的「客星」。一名阿拉伯医生甚至认为这是一颗新星而记录下来。
在欧洲，虽然并未留下确凿的目击纪录，人们或许也惊讶的看着占据午後天空的「明亮圆盘」。那麽，到底是什麽惊人事件，让世界各地都有人记下这个现象？
其实是超新星，一种规模巨大的恒星爆炸事件。它发生在我们的银河系内，距我们六千光年之遥。培布罗长者曾坐着之处的岩石雕刻中，显示了半圆形的月亮，以红色画在黄色的峭壁表面。在半月旁，是一颗清晰可见的巨大星星，圆形四周射出光芒——就像小孩子可能画出的表现方式。它几乎和月亮一样大。公园解说员告诉我们，这就是当时美洲原住民艺术家所描绘的超新星。我们这群天文学家并没有完全被说服。专家仍在争论这幅画到底是不是在描绘 1054 年的超新星爆炸。但我同时也觉得，他们不太可能没注意到如此不寻常的事件。
太阳将如何死去？
你可以把恒星想像为一个热气球。核心的热让它保持充气状态。一旦燃料用尽，里面的气体冷却下来，压力降低，气球便开始扁掉。恒星以类似方式面临自己的终结。一旦燃料烧完後，恒星便塌缩。不过恒星如何及何时「死去」，要视其质量而定。较轻的恒星（大多数恒星都属於这类）在经过漫长的一生後消耗殆尽，最後闷烧熄灭。
我们的太阳拥有一般的寿命。当它开始向内部塌陷时，仍能够启动自己的後燃器。在恒星的中央，核融合的灰烬（高热的氦核）会累积起来。在恒星内爆的内部高压之下，温度再次上升，氦会融合为碳，释放出最後所存的能量，「表皮」因此开始膨胀。就在寿命即将终结之时，太阳会膨胀，变成一颗红巨星，吞噬掉水星、金星，可能甚至包括地球。
白矮星的诞生
质量大於我们太阳的恒星，在临终喘息时会向外喷出气体和电浆。行星状星云形成，将死的恒星从内部提供光照，呈现出美妙的形状与色彩。这个奇景对宇宙来说只是一眨眼的时间；数千年後，这些行星状星云便会褪色。行星状星云这名称有点误导，因为它和行星毫无关系，只是因为在十八世纪发现到时，从当时的望远镜中看起来很像是由气体构成的远方行星。
在中心位置，是核融合的压缩灰烬，整个恒星的重量都集中在此。压力变得如此之大，使得原子逐渐挤在一起，直到摩肩接踵而完全没有空间留下。然後电子压力让这颗星无法继续塌缩。在恒星核心处绕行原子核的电子称为「费米子」（fermion）。费米子是物理界的独行侠，它不会与任何其他费米子同床共枕。当周遭变得太挤时，费米子抗衡了重力带来的压力，因而阻止了燃烧殆尽的核心完全崩塌。
如果恒星的外层已经脱去，那麽剩下来的就是一颗体积小、紧紧压缩、发出亮光的碳核，也就是白矮星（white dwarf），大小相当於地球，但重量相当於太阳。我们的太阳再过数十亿年後会变成白矮星，白矮星的组成物只要一茶匙就重达九吨，相当於一辆货车。白矮星的表面十分酷热，在很长的时间中会继续把热能辐射到太空，直至最後，这颗死星终於变成一颗冰冷、完美球型的碳结晶，成为太空中的巨大钻石。
这个过程有不同的量子力学效应参与，印度物理学家钱卓塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）曾对此进行计算。1930 年，年仅十九岁的钱卓塞卡搭船前往英格兰，以便在剑桥继续他在印度时即已开始的物理学研究。在航程中他的时间很多，因此决定着手计算白矮星可能的最大质量，并得到 1.44 太阳质量的结论。
不过，如果一颗恒星比我们的太阳更大又重上许多，其压力提高到根本无法承受的程度时，又会发生什麽事？一颗重量比我们太阳大超过八倍的恒星，会点燃更多後燃器而避免塌缩。这颗巨大太阳的核心像洋葱般，一层又一层烧掉自己。愈接近核心的内层愈热，在燃烧各层的灰烬时，除了把每一层所储存的能量释放出来之外，也形成更大的原子核。氢变成氦，氦变成碳，碳和氦变成氧，氧变成矽，而矽变成铁。每一个燃烧过程都比前一个更快。氦要烧成碳需要一百万年，然而全部的矽融合成铁只需要几天时间。
然後，事情到此为止！从能量的角度而言，铁具有自然界中最为紧实的原子核。如果压力够大，铁还能融掉而形成更多新的元素，但这个过程不会再产生更多新能量，反而需要吸收能量。忽然间，增加压力以便从原子里挤出更多能量的单纯伎俩不再管用。就这样，原子不再升温，而是进入降温过程；压力不再提高，而是降低。这颗垂垂老矣的星星终於丧失最後的勉强支撑，堕入死亡。几分钟之内核心内爆——这颗步入死亡的星星再也无法承受自己的重力。
——本文摘自《解密黑洞与人类未来》/ 海诺．法尔克、约格．罗默，2022 年 1 月，天下文化。
- 情慾、性别、身体与性犯罪——科学视角下的性教育
- 如何打造科学家的房间！科学实验室EP.6 — 会动的AR绘本
- 利用阿基米德浮力原理，当玻璃小球浮起时测量气温～伽利略温度计
- 交换礼物大赏！QUALY 醉爱北极熊酒瓶塞
- 数学好无聊、不实用，到底为什麽要学数学？
- 给大人玩的理财桌游，从此航向财富自由！
- 交换礼物首选、推理迷必买！台湾推理作家协会20周年限定周边