天文太空

美得冒煙的超新星

天文學家從未找到如此多的宇宙塵!

撰文/王心瑩

天文太空

美得冒煙的超新星

天文學家從未找到如此多的宇宙塵!

撰文/王心瑩

宇宙裡,星際之間,並不是空無一物,而是飄散著許多星際物質。過去天文學家仰著頭,在天際間搜尋宇宙塵,卻找不到太多的蹤跡,因此一直不知道宇宙塵究竟如何生成。而今,一群英國天文學家觀察到有史以來最巨量的宇宙塵,總量大概是過去所看到的1000倍之多,這些因超新星爆炸所產生星際物質遺骸,像是一把剛擊發的槍口冒出的硝煙,成為天文學家夢寐以求的確鑿證據。


這團宇宙塵是「仙后座A」超新星爆炸產生的殘餘物,位於本銀河系中,距離地球只有1萬1000光年。由英國卡地夫大學的博士後研究員鄧恩(Loretta Dunne)為首的五位研究人員,在7月17日出版的《自然》中,發表了仙后座A宇宙塵的觀測結果,她們在夏威夷茂納開亞山上,利用裝置在馬克士威望遠鏡上的次毫米通用輻射熱測定計陣列(SCUBA),拍攝到爆炸後還「冒著煙霧」的超新星,解開宇宙塵來源之謎。


巨量塵埃顯示出超新星於300年前爆炸時的強大威力,讓人不禁遙想宇宙大霹靂之時,宇宙中該有何等壯觀、何等巨量的星辰物質蘊含其間,而這正是形成星體的基本物質,即富含碳、矽等元素的微小顆粒。鄧恩興奮地說︰「事實上,我們正是生活在一大團宇宙塵顆粒之上!你要問宇宙塵從何而來,等於是問地球這顆行星與其他星球從何而來。」


超新星是恆星達到生命末期發生大爆炸的結果,天文學家將超新星分成兩類,一類是由質量非常大的恆星爆炸形成的第II型,仙后座A即屬此類;另一類則是白矮星從伴星吸來了大量物質所形成的1a型超新星。第II型超新星通常由質量比太陽大了8倍以上的恆星爆炸而來,譬如仙后座A原來便比太陽重了30倍,噴灑出巨量的碳、氧等重元素到星際空間內。參與研究計畫的卡地夫大學博士班研究生摩根(Haley Morgan)說︰「這些超新星來自生命短暫、很快就死亡的星體,它們的質量是我們太陽的好幾倍重,不過消耗燃料的速度比太陽快上幾千倍,在僅只數百萬年的時間裡就燃燒殆盡了。」觀測小組在仙后座A周圍測量到的巨量宇宙塵,加起來大概有太陽質量的四倍左右,而且目前還以每秒一萬公里的速度向外橫掃而出。


要描述超新星的爆炸威力有多驚人,試想距離地球只有600光年的獵戶座參宿四好了,這顆超巨星的質量有太陽的20倍,而且大到半徑足足有太陽的1000倍以上,差不多是木星到太陽的距離。參宿四已經到了生命的盡頭,它一旦燃燒殆盡、支撐不住,內部便塌縮形成中子星或黑洞,而外部爆發出去變成超新星,從地球看起來,大概會像滿月那麼亮!

由於宇宙塵顆粒會把超新星給擋住,無法用可見光望遠鏡觀察,不過塵雲還是隱隱透出遠紅外波長和次毫米波長(波長介於0.1~1毫米間)的光,因此可用目前全世界最靈敏的次毫米波長攝影機SCUBA來觀測。卡地夫大學物理暨天文學系系主任艾德門茲(Mike Edmunds)說︰「天文學家在超新星殘骸附近尋找宇宙塵,已經找了十幾年之久,可是先前都只尋獲一點點,而且溫度都相當高。我們用SCUBA搜尋,結果找到相當冷的星塵,溫度只有-257℃。」


這幾年來透過SCUBA,迭有令人興奮的天文觀測成果出爐,包括發現了100億年前(約大霹靂後40億年)形成的星系,當我們看著這些含有相當多星塵物質的星系時,等於是看著宇宙剛形成之時的模樣。過去天文學家一直認為,宇宙塵來自類似紅巨星這般巨大星球凋亡之時,問題在於,只是像我們太陽這樣小的恆星,就得花上90億年的時間才演化成現在的模樣,而大霹靂之後的30億年間,怎麼可能形成富含星塵的星系呢?如今發現,原來超新星可以在很短的時間裡製造出大量的宇宙塵,等於解答了上述沉埋100億年的謎團。


鄧恩說︰「多年來,天文學家一直當宇宙塵是累贅,它們總是把想要觀察的星體給擋住了。可是後來發現,宇宙盡頭最早的星體與星系附近有許多塵埃,我們這才明白,人們是多麼的無知,竟連塵埃正是星球的起源也未知。如今發現了這些可說是『塵埃製造工廠』的超新星,才能夠解釋宇宙塵到底是怎麼來的。」


塵歸塵,土歸土,星球由此來,也往那裡去。發現這團宇宙塵,我們對於星球的來龍去脈,終於有了較清晰的答案。




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