爆发的恒星

在1998年的头几个月,两组天文学家相继发表了他们关于远方恒星爆发的观测结果。1无论是包含40颗超新星的超新星宇宙学项目(Supernova Cosmology Project),还是追踪着14颗超新星的高红移超新星计划(High-z Supernova Search Team),关注的都是20亿光年以外的爆发恒星。2两个团队都由经验丰富的天文学家组成,他们深知自己所做出的论断,将给学术界带来什么样的震撼。因此,在结果发表之前,两个小组都对可能出现的数据误差进行了反复的检查。在一切成熟之后,1998年1月,索尔·帕尔马特(Saul Perlmutter)作为超新星宇宙学项目的负责人,终于在华盛顿特区举办的第191届美国天文学会年会上,展示了一张标记为“初步分析结果”的图片。尽管发言人一再强调这只是所有数据初步分析的结果,但这张图中的数据点依然清晰显示了宇宙常数的存在。紧接着,在2月份于加州大学洛杉矶分校(UCLA)举办的暗物质研讨会上,高红移超新星计划小组也公开了他们的成果。两项研究一致指出,如果宇宙中充满了物质,那么超新星的光芒要比实际观测到的更加明亮,而暗能量是解释这一差异最好的选择。

超新星可以分为两类。其中一类来自于某个大质量恒星(至少8倍太阳质量)的华丽谢幕。另一类,或称Ia类超新星,则是两个小质量伴星系统的晚年产物。这种伴星系统由两个相互环绕运行的恒星组成。当其中一颗恒星耗尽它的能量后,会变成一颗由逐渐冷却的、由氧和碳组成的白矮星,并慢慢平静地退出历史舞台。此时,伴星系统就演变为一个“恒星—白矮星”组合。当第二颗恒星也开始衰亡时,却会出现一些麻烦。事实上,当一颗恒星耗尽了所有的氢之后,它首先会膨胀一段时间,形成一颗巨星或红巨星,而后随着内核的收缩,逐渐褪去外壳,并最终形成白矮星。但对伴星系统而言,当第二颗恒星经历它的巨星阶段时,会将一部分质量储存在白矮星中。而由于白矮星对自身质量相当敏感,这些额外的质量会增加白矮星内核的压力,从而触发一系列核聚变反应。这一过程所带来的结果是灾难性的:白矮星会极其猛烈地爆发,将自己和相伴的恒星直接抹去。

但是,从一个宇宙学家的角度来看,这些爆发是非常有价值的。首先,爆发所放出的光异常明亮,在(宇宙学意义上)很远的距离之外都可以看到。其次,通过观测超新星的天文学特征,我们可以推算其固有亮度,并据此在宇宙中标度距离。正因为此,这些超新星爆发也被称为“标准爆发点”。