人们从死亡恒星的结局获得了哪些启示?对拥有巨大体积和能量的恒星而言,它们的形成和演变机制表现了相对的简单性,仅通过了解恒星的质量和比氢元素更重的元素比例,人们预测了它们从摇篮到坟墓的生命周期,但恒星演变没有想象得那般简单,时常出现了某种相当奇异的现象,自然力量似乎提醒了人们,恒星演变总有人们未知的真相。科学家的使命之一是揭示自然的真相,认识自然规律的目的是为了让自然规律为人类服务,好像社会学家和新闻工作者热心于揭示社会事件的真相,公平和正义的原则可以更好地为人类服务。

近日在《科学》杂志发表的一篇论文描述了恒星世界的奇异景象,通过对3万多颗白矮星的搜索,科学家在其中的一颗白矮星发现了奇异特性。白矮星是死亡恒星遗存的天体,好像太阳在数十亿年之后死亡、最终变成了一颗白矮星一样。一颗奇异的白矮星几乎由氧元素组成,氧元素白矮星如何形成?白矮星为何全身发“氧”?科学家对此感到困惑不已。

每颗恒星都是一个核聚变的“巨型炸弹”,通过燃烧氢和氦一类轻元素物质,通过恒星内部的核聚变反应形成了更重的元素,诸如:碳和氧。恒星的质量越大,发出的亮度越高,燃料消耗的速度越快。比太阳质量高过10倍的恒星将会把重元素构成的核灰尘抛向太空,抛洒的重元素物质在太空形成了行星状星云的美丽景观,星云经过聚集,最终通过自身引力塌缩为下一代恒星和岩石态、气体态的行星。位于宜居带的岩石状行星可能形成了生命活动的条件。

人类是地球行星上的智慧生命,人是地球生命体的高级形态,高级生命体呼吸氧气,吃的是碳水化合物食物,好像著名的天文学家卡尔·萨根说的,“我们的身体由恒星的物质构成”。恒星的死亡最终会留下什么?很大部分太阳质量的“灰渣”被压缩成地球的尺度,难以置信的物质密度依靠了自然的力量,一茶匙的物体质量相当于大约一辆大卡车的质量,天文学家将这类高密度的物体称为白矮星,在大约50亿年之后,太阳将会走上白矮星的命运之路。

科学家最新发现的白矮星相当于太阳质量的一半,体积小于我们的地球,这意味着在它表面的引力将是地球的10万倍,假如在这颗星球上行走,那么人们的感觉就好像在后背托上了40个硕大体重的蓝鲸,人们试图向前行走,不是行走艰难,而是根本走不动,内心有种“沉甸甸”的感受。为了实施“行走在白矮星”的思想实验,人们还得假设“实验员”没有烧成脆脆的“炸薯片”,发热发光的白矮星表面温度达到了2万K。好像在篝火晚会上烧尽的灰渣,通过对遗留灰渣的检验,人们可以了解烧掉了什么燃料,人们在篝火晚会上可能留下木材的灰烬或烧化的塑料包装物品。在巨量的恒星核燃烧之后留下了不同的元素物质,恒星的质量和体积越大,核燃烧的温度越高,留下的重元素物质越多。

天文学家在奇特的白矮星上仅看到了氧元素,所有的碳元素已聚变为更重的元素,科学家感到困惑的是,现有的物理模型表明了白矮星不能形成聚合碳元素的条件,一定有某种人们不了解的恒星死亡机制,现有的物理模型出现了漏洞。有一种观点认为,恒星在生命周期的结尾发生了脉动,在强烈的辐射压力作用下,恒星的外层被掀起,碳元素物质重新撞碎在球核的表面,暂时创造了强烈反应的条件,所有的碳元素被聚变为氧元素。任何遗留的像氢和氦一类更轻的元素物质可能被附近的伴星引力“偷走”,还没有发现一颗伴星的存在,最终却留下一颗仅由氧元素组成的白矮星。

这颗白矮星在成千上万颗被筛选的白矮星中极为独特,存在的事实本身证明了它的科学发现价值,在宇宙发生的超新星暴是令人惊奇的天体毁灭事件,超新星暴如何形成由单一的氧元素构成的白矮星?它有怎样的形成方法?天体物理学家致力于在观测的基础上正确描述它的形成。在一些超新星暴的情形中,白矮星的爆炸好像一颗定时炸弹,这种超新星有同样的亮度,天文学家将它们看成是“标准烛光”,用以测量宇宙的距离,“烛光”更亮,表示的距离更近,反之,“烛光”更暗,表示的距离更远。

根据标准烛光的明亮程度,天文学家测量了宇宙膨胀的速率,澳大利亚国立大学的副校长布莱恩·施密特教授因为宇宙加速膨胀的发现分享了2011年的诺贝尔物理学奖。白矮星是恒星生命道路的终点之一,奇异的白矮星有许多令人感到迷惑不解的奥秘,讲好白矮星的“天文故事”,科学家仍在努力。人们对于极端的天体还有很多未解之谜,在人们向自然学习的道路上,没有一个引以自豪的终点。

(编译:2016-4-6)