[비즈한국] 如果說人的一生中必須列舉兩個最特別的時刻，那無論如何都會是出生那天與離世那天。恆星的生命週期也是如此。像我們一樣，恆星也會經歷誕生與死亡。詹姆斯·韋布（James Webb）、哈勃（Hubble）以及所有的太空望遠鏡，都致力於捕捉恆星燦爛的誕生與死亡瞬間。恆星生滅之處，無疑是望遠鏡所能觀測到的宇宙中最美麗的景象之一。
1990年首次進入軌道的哈勃太空望遠鏡如今已經34歲了。以人的年紀來看，已不再是懵懂的幼年。憑藉這長達三分之一世紀的觀測，哈勃太空望遠鏡甚至向我們展示了宇宙演變的過程。如果將多年觀測同一顆恆星的影像連線起來，就像看動圖一樣，可以清晰地觀察到其形狀或位置的變化。
當然，恆星的壽命相比人類而言進展極為緩慢。恆星的壽命從數千萬年到數十億年不等。因此，僅僅在30多年這一短暫的時間跨度內觀察到有意義的變化非常困難。但恆星生死的瞬間卻是其生命中最極端的時刻。即便平日裡緩慢而沉靜的恆星，也會在這一刻展現出最劇烈且暴躁的一面。這些變動即便用哈勃望遠鏡也足以捕捉到。最近，哈勃觀測到的那美麗影像已被公開。
在寶瓶座方向1000光年外，有一顆名為“寶瓶座R”（R Aquarii）的恆星。透過整合2014年至2023年間約9年的哈勃太空望遠鏡觀測資料，科學家們確認了從該星體向四面八方噴射的能量噴流。這是一個由已經演化結束的白矮星與正處於演化過程中的巨大紅巨星構成的共生雙星系統。由於大質量的紅巨星過於靠近白矮星的洛希極限（Roche limit），其物質正在快速向白矮星吸積。
隨著紅巨星的物質大量被白矮星吸入，導致白矮星變得極不穩定，從而在兩側形成了長長的能量噴流。包圍在恆星周圍的星雲被強大的噴流吹開，形成了形狀獨特的星雲和殘骸。這對雙星系統以約44年的週期相互環繞。隨著軌道執行距離拉近，噴流增強，恆星亮度隨之激增的現象反覆出現。觀看哈勃9年連續拍攝的照片，可以像看實時影片一樣，看到星雲中心在變動，亮度在改變，物質也在向四周擴散。
有時，由於物質劇烈噴發，可能會觀測到類似恆星爆炸的“新星”現象。不過，寶瓶座R所在的位置歷史上並未正式記錄過新星爆發。儘管公元930年左右日本天文學家曾記錄下該位置疑似新星的現象，但尚未確定。透過此次哈勃太空望遠鏡觀測到的噴流軌跡進行逆向推算，約1100年前極有可能發生過強烈的爆發。中心紅巨星的亮度曾一度激增至平時的750倍，在當時即便肉眼也完全可以觀測到，並可能在數月內緩慢變暗，從而在人類記錄中留下了痕跡。
除了躁動的雙星，整顆恆星消失的“超新星爆發”更是不可錯過的震撼現象。即使在遙遠的地方也能看到它的光芒。人類歷史上很早就有關於偶然目睹超新星的記錄。1181年，中國天文學家在靠近今仙后座的方向發現了一顆突然出現的黯淡恆星。它像一位之前未曾露面卻突然到訪的客人，被稱為“客星”。
進入21世紀，天文學家們開始尋找這顆超新星留下的痕跡。如果850年前發生過超新星爆發，現在應該還有殘骸存在。天文學家們開展了一項公民科學專案，在公眾幫助下梳理已退役的WISE紅外太空望遠鏡的資料。參與專案的業餘天文學家達納·帕奇克（Dana Patchick）在仙后座附近發現了新的氣體殘骸。這顆被命名為“Pa 30”的天體（意為他發現的第30顆天體），被認為是1181年曆史記錄中那場超新星爆發的殘骸。
起初發現Pa 30時，天文學家認為它只是一顆輕質量恆星死亡後留下的行星狀星雲。但它的形態過於獨特——呈現出長長的觸手狀，向四面八方筆直延伸。此外，中心居住著一顆溫度極高的白矮星，表面溫度高達近20萬攝氏度，比只有5000至6000攝氏度的太陽表面熱近40倍。這是迄今發現的恆星中溫度最高的一類。觀測顯示，物質正以高達1.6萬公里/秒的極高速度向外擴張，這證明了此處確實是正在因劇烈爆發而擴散的超新星殘骸。
但如果這裡真的是超新星爆發地點，那麼隨之而來的關鍵問題是：為何爆發後中心的白矮星沒有被摧毀，反而完好無損地存活了下來？
天文學家推測，這是一種極為罕見的Iax型超新星。據說這並非單顆大質量恆星獨自坍縮爆炸，而是兩顆白矮星相互碰撞的結果。這種爆炸在中心留下一顆巨大的超重白矮星，使恆星即便爆炸也不會完全毀滅，仍有部分存活。因此，它也被稱為“殭屍星”。殭屍星極不穩定，正向四周噴發出強大的恆星風。天文學家推測，這顆恆星未來仍有可能再次經歷超新星爆發。
在Pa 30中還檢測到了鎳元素。鎳的存在可以解釋為何中心恆星能保持如此驚人的高溫——鎳的不穩定放射性同位素衰變會產生巨大的熱量。不過這裡有一個重要問題：鎳同位素的半衰期僅約6天。按常理，鎳同位素應該很快消失。但如果是在保持極高壓力的坍縮白矮星內部，鎳同位素可能得以維持，因為衰變後的鎳透過不斷捕獲電子，可以持續衰變長達數個世紀。
最近，天文學家利用夏威夷凱克天文臺（Keck Observatory）的KCWI（Cosmic Web Imager）裝置，更細緻地觀測了Pa 30超新星殘骸。有趣的是，這些觸手狀結構自首次向四面八方噴射以來，速度似乎並未減弱，仍在持續高速擴張。這就像四處發射的彈道導彈，意味著這是很久以前從中心發射出的巨大且沉重物質所留下的痕跡。
該影片是基於最新觀測結果重建的超新星殘骸Pa 30的3D模型。天文學家根據紅外波段的光譜資料，分析了每條觸手向哪個方向、以多快速度擴散。透過這一分析，確認了朝向地球和遠離地球的觸手，並將其轉化為3D立體影像。在向四面八方延伸的眾多觸手中心，那顆未死且熾熱的白矮星依然聚集在那裡。觸手物質大約從800年前開始沿各自方向直線飛行。透過逆向推算觸手的速度與方向，物質在中心匯聚的時間點約為公元1151年±75年。也就是說，大約在1151年左右確實發生了超新星爆發，這與中國文獻記載的時間非常吻合。
此次進一步觀測還揭示了另一個有趣的事實。首先，超新星殘骸中心存在一個物質相對較少的空洞。這些勾勒出觸手形狀的物質，最初並非從超新星殘骸的正中心開始擴散，而是從略偏離中心的位置開始的。嚴格來說，它並非從原先白矮星所在位置擴散，而是中心超新星爆發後，包圍該區域的某種殼層結構在擴張過程中，發生了極其強烈的“彈道式噴發”。
另一方面，觸手擴散的彈道速度與周圍擴散的氣體殘骸本身速度存在巨大差異。從中心白矮星釋放的氣體物質以高達16000公里/秒的速度擴散，而構成觸手狀的物體速度卻不到其十分之一，僅為600至1000公里/秒。這可能是因為被彈道式噴發的物體質量比普通氣體物質大得多。不過，這些“炮彈”究竟為何物尚難以確定。
更令人感興趣的是，繪製3D地圖時發現的速度分佈表明，這種彈道式噴發並非完全對稱。觸手向四面八方擴散的速度隨方向不同，差異可達40%左右。這看起來是一次相當不對稱的爆發，導致物質在特定方向上被更猛烈地噴射。
令人驚歎的是，當我們現在用清晰的望遠鏡望向古人曾經目睹並記錄下這一驚人現象的夜空時，依然可以看到那種似乎很久以前爆發後留下的殘骸和痕跡。對人類而言，這是一個跨越了幾十代人、間隔極其漫長的事件，但在天文尺度上看，我們彷彿已經連續一千年目睹著同一個現象。遠古的爆炸已經發生，而殘骸仍在向宇宙空間擴散。我們與1000年前的祖先因同一顆恆星的爆炸而相連。在同一位置爆發的同一顆恆星，至今仍給生活在地球上的一代代人類帶來震撼。
恆星的生與死是宇宙中最具活力的時刻。與其他通常以千萬年、億年為單位的現象不同，恆星的生滅以人類可以感知的數十年、數百年為尺度。因此，只要人類保持耐心，完全可以親眼見證宇宙的實時演變。
參考資料
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）是誰？熱愛貓與宇宙。童年時期在看了《銀河鐵道999》後，立志要將宇宙的美麗傳播開來。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論實驗室研究透過星系相互作用進行的演化，同時參與講座與寫作等多種科學傳播活動。著有《썸 타는 천문대》（曖昧天文臺）、《하루 종일 우주 생각》（整天想宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科學）等書。