1572年第谷超新星是如何為人類理解宇宙鋪平道路的

2019-07-11     量子科學論

1572 年11 月11 日夜,第谷(1546—1601 年)發現了一顆新星,即「第谷超新星」。

「我的結論是,天空中的光亮不是某種彗星,也不是一顆熾熱的流星……而是一顆在天空中閃耀的恆星,在我們這個時代之前,在世界誕生以來的任何時代,從來沒有人見過它。」-第谷·布拉赫

回想一下,我們在天空中用肉眼都看到過哪些天文現象,除了太陽系內的彗星和地球上流星的大氣現象,我們很難看到宇宙天體的誕生和消亡,所以古人一直認為星星是永恆不變的,故稱之為恆星。但幾個世紀前的一次偶然事件使人們得出了一個驚人的結論,那就是天空中的星星也不是亘古不變的。這個現在我們看來理所當然的事情,但是在古代這個發現不啻一顆思想炸彈!對人類的科學史產生了深遠的影響。

所以我們今天就回顧歷史,回到16世紀中期。看一下1572年出現的「新星」是如何為我們真正開始理解宇宙鋪平道路的?


迄今為止,在人類歷史上天空中所知的每一顆恆星的位置、亮度和顏色,包括肉眼可見的所有星雲都沒有發生過任何改變。只有月球和五顆行星(水星、金星、火星、木星和土星)在固定的恆星和宇宙空間背景下,隨著時間的推移位置再發生變化。

當時五大行星在夜空中的位置的變化,以及日食、月食、彗星的軌道和外觀,是天文學家主要研究的對象。值得一提的是,1543年5月24日哥白尼死後發表的日心說取代了已有一千多年歷史的托勒密地心學說

1572年11月6日的晚上,西半球的夜空中發生了一個以前從未有過的現象:一顆新星突然出現了!

它不僅出現在11月6日,而且在以後的日子裡一直在持續變亮,最終亮度超過了天空中所有其他恆星和行星,甚至在白天也能看見,然後經過兩年的時間,才從視野中消失。第谷·布拉赫,史上最偉大的裸眼天文學家,在第一個晚上就注意到了天空中的變化。回首往事,他說道:

根據習慣,我在晴朗的夜晚凝視夜空,突然在仙后座附近注意到了一顆不尋常的光亮,它的光輝超越了其他的星星。那個位置以前從來沒有出現過星星。

後來第谷發現的這顆星星被稱為" Stella Nova ",拉丁語中的新星。

超新星的發現,讓人們第一次有了足夠切實的證據表明:

  1. 星星不是永恆的,不是更古不變的。
  2. 恆星可以被創造出來。最後……
  3. 恆星也會消失

在第谷超新星首次出現的四個世紀後,也就是1952年,我們用望遠鏡又重新觀測到了第谷超新星。

1952年當我們用射電望遠鏡巡視天空時,我們發現的是一顆早在四個世紀前就變成超新星的恆星的殘骸。

而且第谷超新星的證據並不僅僅在無線電上顯示出來。

在遠紅外線下,恆星死亡向外噴發的氣體雲仍然可見,氣體雲大約在40開爾文的溫度下發出紅外光。在許多超新星爆炸中,核心會坍縮成中子星或黑洞,並能噴發高能射線,例如:x射線!

1952年觀察到第谷超新星並不是核心坍縮(或II型)超新星而是1a型超新星1a型超新星爆發是由,一顆白矮星吸收並積累了足夠的物質,以至於它退化的核心無法抵抗重力,開始坍縮,瞬間引發失控的核聚變反應,然後發生爆炸摧毀了整個恆星!恆心中心沒有坍塌的物體,只有散落在周圍空間的高能物質雲。下圖

x射線成像也發現了周圍空間的高溫氣體,而光譜成像為我們證實了1a型超新星爆發後生成大量重元素。甚至在爆發殘骸中也有宇宙中最高的能量輻射伽馬射線的存在。

以上的發現說明第谷超新星在爆發400多年後仍然發出明亮的光芒。

我們知道白矮星十分穩定並不會「變成超新星」,除非隨著時間的推移,它們的質量會增加。所以我們認為1572年超新星爆發的時候,這顆白矮星可能有一顆伴星,白矮星吸收了伴星的物質導致了質量的迅速增加,才引發了爆炸。目前我們已經能夠準確定位第谷超新星爆炸中心的位置以及這顆奉獻物質的伴星。下圖

錢德拉X光天文台哈勃望遠鏡在超新星殘骸中發現了這顆和我們太陽一樣的G級恆星。幾百年前,這顆G級恆星的質量很被吸走並轉移到密度更大的白矮伴星上,白矮星最終積累了足夠的質量,一顆超新星就隨之誕生了!

自1572年超新星爆炸以來,這顆G級恆星由於受到巨大的爆炸衝擊在觀測圖像中已經偏離中心6.6公分(約1500度),相對於我們的速度是136千米/秒,大約是它周圍所有其他恆星運動速度的三倍。

自1572年第谷超新星爆炸後,遺留下來了一個由重元素、氣體和塵埃組成的不斷膨脹的球體,這一爆炸遺蹟永遠地改變著我們對宇宙的理解。下圖

再過幾千年,爆炸跡象所發出的輻射將在所有波長上變得不可見,最終散落在宇宙中的這些塵埃雲將會重新組合形成未來的恆星和行星。

但是在未來這我們還有其他機會能看到來自第谷超新星的光輝!

第谷超新星爆發後光以球形向外擴散,光線會受到周圍星際介質和塵埃雲的反射,只要有足夠的塵埃以合適的距離和角度反射光線。這些「反射光線」的一部分會偶爾傳播到地球上,讓我們在未來可以一遍又一遍地觀察這顆超新星。

如果不是因為1572年的超新星以及稍晚一點1604年的最後一顆肉眼可見的超新星,可能要等很長、很長一段時間,我們人類才會發現天空中的恆星原來也會生老病死,超新星的發現導致了第谷在1588年他發表了《論新天象》對亞里士多德的水晶球體系發起了挑戰!

宇宙在人類歷史上一直都是這樣的看起來更古不變,但在1572年的那個晚上,它給了我們一些暗示,導致了我們人類對宇宙的理解發生了永久性的改變。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/EVVIg2wBvvf6VcSZSthi.html