天文学家们一直努力拼凑出宇宙的完整图景,就像大家平时生活里总想把家里的旧照片整理清楚一样,总有新发现让之前的想法有点动摇。这次,一项新研究盯上了一个远在十六万光年外的超新星遗迹,它的样子有点出人意料,让人忍不住多想几眼。
这个遗迹叫作超新星残骸0509-67.5,位于大麦哲伦云里,那是个离我们银河系不远的卫星星系。几百年前,那里的一颗恒星发生了猛烈的爆炸,从地球上看,它属于那种特殊的类型,叫作第一类a型超新星。这种爆炸留下的残骸到现在还在发光,形状像个膨胀的气泡,里面藏着各种元素残渣。科学家们用位于智利沙漠里的极大规模望远镜,花了几年时间仔细盯着它看,特别是用了一个能同时捕捉很多光谱的仪器,来分析里面的化学成分。
结果让他们吃了一惊。在残骸里,他们看到钙元素分布得特别奇怪,形成了两层清晰分开的外壳,就像两个同心的圆环,中间还夹着一些硫元素。这种双层结构不是随便形成的,它直接指向一种特别的爆炸方式。简单说,这颗恒星没等到自己长到最大限度,就先在表面一层氦气上炸了一次,那爆炸产生的冲击波像锤子一样砸向核心,把里面的碳氧物质也点着了,于是来了第二次大爆炸。整个过程就像点燃鞭炮,先噼啪一声小爆,然后轰的一声全炸开。
过去,大家总觉得第一类a型超新星的爆炸方式挺统一的。那颗恒星的前身是一颗白矮星,它像个贪吃的家伙,不断从旁边的伴星那里抢物质吃,吃到质量达到太阳的1.4倍左右时,就撑不住了,一下子整个炸掉。这种方式下,爆炸的能量和亮度应该差不多固定,不会差太多。正因为这样,这种超新星被当作宇宙里的标尺,用来量远处的距离。想象一下,你开车去远方,总得有个可靠的里程表,要是表不准,算出来的路程就全乱套了。
科学家们就是靠这些超新星的亮度,来推算宇宙有多大,它膨胀得有多快。二十多年前,正是通过观察一大堆这样的超新星,他们发现宇宙不光在膨胀,还在越来越快地膨胀,这直接引出了暗能量这个神秘东西的存在。暗能量据说占了宇宙总能量的七成左右,它推动一切东西越跑越远。要是这些标尺的亮度其实有变化,那之前算出来的宇宙膨胀速度、暗能量的比例,甚至宇宙最后会怎么样,全都得重新检查一遍。就像你家水表突然发现读数不准,之前的用水账单可能都得翻出来重算,那感觉多麻烦啊。
当然,这双重爆炸的方式不是新想法,科学家们早就模拟过电脑模型,猜想有些白矮星可能在质量还没到极限时,就因为表面氦层不稳定,先炸一小下,再引发大爆炸。钙元素双壳正好是这种模型留下的痕迹,这次观测是第一次在真实残骸里看到这么清楚的证据。残骸才几百年历史,还没被周围气体搅得太乱,所以里面的结构保存得比较完整。钙元素主要从那两次爆炸中产生,外层来自第一次氦爆,内层来自核心大爆,中间的硫也对得上模拟结果。
你有没有想过,为什么这种爆炸方式会让大家这么在意?因为它意味着不是所有第一类a型超新星都一样亮。有些可能质量小点,爆炸早点,亮度就有点差别。要是这种情况常见,那我们用来量宇宙的工具就得调一调参数。过去用这些超新星测出来的哈勃常数,就是宇宙膨胀速率,有时候不同方法算出来数字对不上,这中间可能就有这种变异的贡献。生活里也一样,总以为东西固定不变,结果一细看,发现有例外,才知道世界更复杂。
比方说,拿日常的东西打比方,白矮星抢物质的过程有点像两个人合住,一方总从另一方碗里夹菜,吃多了自己就撑爆了。可要是表面先积了层容易着火的料子,就没等吃满就先炸锅。这样的例子在宇宙里或许不少,这次发现只是打开了一扇窗,让大家看到更多可能。科学家们说,这至少证明了有些第一类a型超新星确实是这样死的,不是所有都老老实实等到极限质量。
残骸里的钙壳一个在里面点七三秒差距远,一个在外头两点零六秒差距,数字听起来抽象,但它像指纹一样独特,对得上那些电脑模拟出来的爆炸场景。研究团队花了好大力气,把光谱数据一层一层剥开,才看出这些壳的形状。想想那些天文学家在沙漠里守着望远镜,盯着几百年前的爆炸残留,那份耐心真让人佩服。宇宙这么大,我们在地上抬头看,总觉得一切遥远,可这些发现拉近了距离,让人觉得我们和那些星星有点联系。
这种双重爆炸不光影响距离测量,还关系到元素怎么在宇宙里散布。第一类a型超新星是铁的主要工厂,我们血液里的铁,很多就来自这样的古老爆炸。要是爆炸方式多样,铁和其他重元素的产量也可能有差别,影响星系怎么演化,新星星怎么出生。就像厨师做菜,用料比例稍变,味道就不同,宇宙这个大厨房也一样,多一种做法,出来的“菜”就多点花样。
生活中,我们也常遇到以为靠谱的东西,突然发现有漏洞,得调整想法。那种感觉有点不确定,但也带来新希望。宇宙学这门学问,本来就充满未知,这次双壳钙的发现,像扔进湖里的石头,荡起一圈圈涟漪,让大家更仔细审视那些基础假设。或许将来,测宇宙的办法会更准,我们对暗能量、对宇宙命运的了解会更深一层。
那些遥远的爆炸,看似冷冰冰,其实和我们息息相关。铁从星星来,钙也一样,我们的身体里有很多元素,都是亿万年前爆炸散出来的礼物。下次抬头看夜空,看到那些亮星,想想里面可能藏着多少这样的故事,就觉得天空没那么空旷了。科学前进的路从来不平坦,可每多懂一点,就多一份踏实。希望以后有更多望远镜,捕捉到更多这样的痕迹,让宇宙的谜团一点点解开。
