2022-11-21 13:02:24
科学界过去已经拍摄到了许多超新星爆发的照片，但都是在爆发后才发现的。最近，一些科学家首次拍摄到了一颗超红巨星（或叫红超巨星）最后的时刻，目睹了这颗超级巨星的自毁过程。
这个发现刊登在最近出版的《天体物理学期刊》上，论文介绍，在这颗名为 SN 2020tlf 的超红巨星爆发前，科学家们持续观测了130天。这是一颗位于 NGC 5731星系内的恒星，质量约太阳的10倍， 距离我们约1.2亿光年 。
科学家们目睹了这颗恒星在最后的坍缩前就猛烈喷发，最终爆发成一颗II型超新星。超新星爆发后，天文学家对它进行了持续的监视。报道出来后，引起了 社会 广泛热议。有人（包括我）认为这次发现，完美地验证了恒星理论；但也有人认为颠覆了过去的理论。
如我看到有一篇自媒体文章，打出了这样的标题：“人类第一次亲眼看到，恒星死亡全过程，发现之前的科学理论全错了”。我认为这种说法是错误的，会误导读者，因此向平台建议纠正，不料平台迅速给出的答复是没有发现内容违规，大概是机器自动答复吧。
科普要严谨，是不能糊弄人的。为了以正视听，这里就特发一篇文纠正这个说法。
这位作者之所以说理论全错，似乎依据是说过去理论认为，超红巨星死亡是悄无声息的，我实在不知道这位作者在哪里看到这种“理论”。正确的天文物理学理论是：红超巨星是大质量恒星演化末期的濒死状态，其结局就是超新星爆发，爆发后会留下一颗中子星或黑洞。
比较典型的超红巨星有不少，其中比较典型的是猎户座的参宿四，这是一颗约太阳质量11.6倍的恒星，现在已经演化到了最后的红超巨星阶段，半径达到了太阳的近千倍，如果参宿四在太阳位置，其边缘部分就将近在木星位置，水星、金星、地球、火星都将被吞噬掉，木星也会被气化。
科学家们对这颗星的死亡时间推测有些不一，有的认为在千年内就会发生超新星爆发，爆发后会留下一颗中子星。参宿四实际上就是和 SN 2020tlf 质量和性质相近的一颗超红巨星，最终的结局都是通过 II型超新星爆发，留下核心一颗中子星。
这次科学观测到 SN 2020tlf 爆发，整体上是符合理论预测的，只是一定程度上充实了以前对红超巨星爆发前状态的推测。所谓爆发前推测，是因为过去从来也没有看到过从爆发前一直到爆发的过程，以为 II型超新星爆发是突然爆发，没有预兆，因此认为爆发前比较平静。
其实恒星演化到这个时刻，猛烈爆发前是不可能没有预兆的，内部热核反应失控的过程会导致光辐射猛烈增加，内部结构急剧变化而猛烈喷发气体，这些都是符合逻辑的，而这次观测结果只是证实了这一点而已。
但不管如何说，超红巨星最终死亡都不可能是悄无声息的，而是轰轰烈烈的爆发，虽然细节上有新的发现，但总体上说，是完美验证了恒星演化理论。因此，所谓“过去的科学理论全错了”的说法，实在是自己错得太离谱了。
死得最悄无声息的是红矮星。
由于其质量较小，核心压力较小温度较低，核聚变比较平和，当核心的氢烧完后，核聚变就会停止，温度压力无法点燃后续的核聚变，星体慢慢冷却成为一颗黑矮星。
不过正是由于红矮星质量小，核聚变反应慢，燃料消耗小的缘故，其寿命超长，一般都在数千亿年甚至数万亿年。迄今为止，宇宙寿命还只有138亿年，因此所有的红矮星还都处于青少年时期，没有一颗红矮星死亡变成黑矮星。
其次，死得比较低调的是我们太阳质量左右的这种恒星。
太阳质量0.8倍到8倍之间的恒星，核心部分的氢燃料烧完后，核聚变暂时停止，星体坍缩的重力收缩压会大大提升核心温度和压力，导致氦以后元素的核聚变，一直到碳元素结束。
这个过程，由于引力和氦闪等一系列内部变化，会导致恒星外壳膨胀，这样就变成一颗红巨星，半径将达到过去的200倍左右。而且随着膨胀的加大，外围气体物质会渐渐飘散到太空，最终在核心部分留下一个致密的碳核，体积只有地球大小，质量却有太阳的0.5~1.4倍，这就是白矮星。
很显然，我前面说的那个认为“过去的科学理论全错了”的说法，是把 SN 2020tlf这样的 超红巨星， 当成了 太阳类恒星演化后期的 红巨星 ，才会出现这种全盘否定科学理论的错误说法。
太阳质量8倍以上的恒星会死得轰轰烈烈，且有两种尸骸。
这类大质量恒星核心氢元素消耗殆尽后，星体坍缩的压力和温度会导致一系列更重元素的核聚变，一直到铁元素结束，核心会留下一个致密的铁核。当核心的铁核质量达到太阳的1.44倍时，所有核聚变停止，剧烈坍缩形成的高温高压会导致恒星内部热核失控，发生超新星大爆炸。
在大爆炸之前，这种大质量恒星会膨胀成一颗超红巨星或超蓝巨星。注意，这里的超红巨星，应该与太阳演化后期膨胀成的红巨星区别， 红巨星膨胀尺度只有太阳半径的 200~300倍，而超红巨星可以膨胀到太阳半径的1000倍，甚至更大。
科学家观测到爆炸的 SN 2020tlf， 就是一颗超红巨星，而不是红巨星。
第一种是约太阳质量9倍到30倍以下的恒星，爆炸后会留下一颗约太阳质量1.44倍到3倍左右的中子星；第二种是太阳质量30倍到40倍以上的恒星，爆炸后直接会留下一个太阳质量3倍以上的黑洞。
这就是恒星演化的大致结局。所谓“大致”，就是大的方面是这样的，不同的恒星在一些细节上会有区别，形成各种尸骸的恒星质量界限也不是那么绝对。我们不是搞科学研究，只是一般常识科普，就没有必要弄得那么吹毛求疵和杠精了。
天文物理学和标准宇宙模型一直都在发展中，会随着观测发现和深化研究不断完善和修正。迄今为止，天文发现与理论模型的预测越来越契合。你怎么看？谢谢阅读，欢迎讨论。
前段时间科学家观测到处于猎户座的参宿四变得极其不“安静”，表现出和往常不一样的行为。它正以极快的速度不断变亮，这是它要走向生命终点的预兆。为什么科学家对参宿四如此的关注呢？因为参宿四走向生命终点后极有可能引发超新星爆发。
超新星爆发是什么呢？参宿四是一颗红超巨星，是人类目前已知最大和最亮的恒星。它有多大呢？它比太阳还大1000倍，如果把它放在目前太阳的位置，不仅地球，甚至包括土星都会被吞没。但这样的恒星寿命很短，只有几千万年，如今它已走向生命终点，因而变得不稳定且随时可能爆炸。若其真的爆发成超新星，这会是一次重大事件。
超新星爆发有多恐怖呢？其一秒释放的能量相当于太阳一生释放的能量总和，其爆炸产生的亮度足以点亮其所在的整个星系，并且会持续几周甚至几个月。若参宿四爆发为超新星，我们将在天空中看到第二个“太阳”。同时，爆炸的一瞬间物质能以接近十分之一光速的速度向外喷射。历史上哈勃望远镜拍下的著名的“蟹状星云”，就是超新星爆发所产生的爆炸遗址。爆炸所产生的伽马射线暴，也会波及周围的行星。伽马射线暴是能量最强，最具毁灭性的射线，宇宙中没有仍何其他武器能比得上。
有人指出4亿年前的奥陶纪大灭绝，就是因为伽马射线暴袭击地球。当时地球75%的生物都被消灭，70%的大气被破坏。假如参宿四爆发，其产生的伽马射线暴将在700年后到达地球。所幸的是，科学家指出，伽马射线暴对50光年外距离的星球无法产生实质性影响，参宿四离地球700光年，所以人类也不用太担心。
现有的恒星演化理论模型认为，宇宙中的大质量恒星到了主序星阶段结束的时候都会发生超新星爆发现象，在这一刻恒星会释放出相当于太阳百亿年核聚变能量数十倍的能量，恒星中的大量物质瞬间被抛洒出来，如同在宇宙中燃放了烟花，天文学家们也早就发现过宇宙中超新星爆发的遗迹，而且观察过来自麦哲伦星云的SN1987A蓝超巨星的超新星爆发，但一直未能发现红超巨星超新星爆发的实时景象，不过在2020年的夏天，这一景象来了。
2022年1月8日，《南方都市报》等媒体称一个由美国西北大学和加州大学伯克利分校组成的天文学研究团队表示，他们曾在2020年夏天首次实时观测到一颗红超巨星发生超新星爆发后坍缩成一颗II型超新星的过程，从中直观了解到红超巨星超新星爆发的特征。
红超巨星是质量至少为太阳4倍以上的主序星在晚年阶段的状态，恒星在这个时候会膨胀得十分巨大，因为质量高于4倍太阳质量的恒星在氦核外重新引发氢聚变时，其核外放出来的能量未明显增加，但半径却增大了好多倍，就成为了红超巨星，比如猎户座上的参宿四就是一颗红超巨星，它的质量是太阳的11.6倍左右，但体积却是太阳的5亿倍左右。
研究者们发现的这个爆发的红超巨星位于NGC 5731星系、距离我们约1.2亿光年，开始的时候它并没有表现出强烈的爆发迹象，只是星体看上去有些“悸动”，并且有较强的辐射显露出来，但忽然之间它就明亮了起来，研究者们认真观察了它之后130天中的星体变化，其过程非常活跃，其爆发类型被归类为II型超新星事件，这次事件也被标记为SN2020tlf。
这次天文事件被夏威夷凯克天文台的深层成像和多物体光谱仪以及近红外埃切莱特光谱仪观测到，光度达太阳的数亿倍，如同宇宙中绽放的大烟花。美国西北大学的天文学教授玛格迪说：“我们从来没有在一颗红超巨星中确认过如此剧烈的活动，真不是一般的壮观！我们看到它产生了如此明亮的辐射，然后坍塌和燃烧，直到现在。”
论文的主要作者韦恩则说："这次事件提供了对大质量恒星死亡前理解的一个突破，帮助我们直接探测到红超星的超新星前活动，之前从未在一个普通的II型超新星中观察到，这次是第一次看到了一颗红色超巨星的爆炸。“
Ⅱ型超新星又称核塌缩超新星，它是大质量恒星由内部塌缩引发剧烈爆炸的结果，只有质量是太阳9倍以上的红超巨星才会出现这样的现象，有专家认为观测这样的事件将极大地影响我们如何定义恒星演化的最后几个月，解开大质量恒星如何度过其生命最后时刻的一些谜团。
参考资料：
《南方都市报》2022年1月8日文章《科学家首次实时见证一颗大质量恒星快速坍塌，并爆炸成超新星》
2020年超新星爆炸具体时间是2020年1月19日。2020年超新星名为参宿四是一颗红超巨星，是人类目前已知最大和最亮的恒星。它比太阳还大1000倍，如果把它放在目前太阳的位置，不仅地球，甚至包括土星都会被吞没。但这样的恒星寿命很短，只有几千万年，如今它已走向生命终点，因而变得不稳定多次爆炸。
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