天文太空

恆星死亡紀事

當太陽的壽命在50億年後終結時, 將會與其同類恆星一樣, 化為宇宙裡第一等的藝術傑作: 行星狀星雲。

撰文/巴立克(Bruce Balick)、佛朗克(Adam Frank)
翻譯/李沃龍

天文太空

恆星死亡紀事

當太陽的壽命在50億年後終結時, 將會與其同類恆星一樣, 化為宇宙裡第一等的藝術傑作: 行星狀星雲。

撰文/巴立克(Bruce Balick)、佛朗克(Adam Frank)
翻譯/李沃龍

貓眼星雲(NGC6543)是星系中最詭異的行星狀星雲之一。它距離太陽約3000光年,是一個多重層次、多重色彩的氣體雲。這類星雲與行星並無關聯,此名詞純粹是個歷史的錯誤。它們是一般體型的恆星死後,緩慢舒展開來的遺體。我們的太陽將會以相似的方式,結束自己的生命。貓眼的揪扭複雜,一如1994年哈伯太空望遠鏡所見,使天文學家為了解釋它而疲於奔命。

從美國華盛頓大學的天文系大樓,很容易就可以看見吹玻璃大師奇胡立(Dale Chihuly)的鑄造工廠。奇胡立是位著名的玻璃雕塑家,他晶亮流暢的作品常讓人聯想到活躍的海底生物。當這些雕塑在暗室中投以強光照射,光線穿梭流轉於剛硬的玻璃間,將使它們更顯栩栩如生。黃色的水母與紅色的章魚,在鈷藍的水域中噴射前進;海底叢叢的海藻隨著潮水搖曳生姿;一對泛著粉彩光澤的扇貝,像情侶般相互擁抱著。


對天文學家而言,奇胡立的作品具有另一層次的共鳴;很少有其他的人類創作,可以如此神似「行星狀星雲」(planetary nebula)這種天體構造絢麗奪目的光輝。燃料即將耗盡的恆星由內部將它們照亮,熾熱的原子和離子散發出耀眼的色彩。這些雲氣在漆黑宇宙的襯托下,看來生氣勃勃,研究人員因而為它們取了螞蟻、海星雙胞胎和貓眼等名字。哈伯太空望遠鏡觀測到的這些天體,往往是最扣人心弦的太空影像。


兩個世紀前,英國天文學家赫雪爾(William Herschel)將此類雲氣命名(更恰當地說,應是誤判)為行星狀星雲。他是位星雲的天才發現者。這些糢糊不清的雲狀物,只有透過望遠鏡才看得到,其中許多具有隱約可見的圓形,讓赫雪爾想到他自己所發現的那顆綠色行星—天王星。他認為那些雲氣很可能是環繞在年輕恆星周邊,正在形成的行星系統。這個名字從此流傳下來,即使事實真相剛好相反:這類星雲是由瀕死恆星所崩落的氣體構成的。它所代表的不是我們的過去,而是我們的未來與命運。大約再過50億年,太陽就將在行星狀星雲優雅而精緻的狂暴之中,步下宇宙的舞台。


蟲星雲(NGC 6302)的中心恆星是已知最熱的天體之一。包圍著中心恆星的,是緻密而滿佈灰塵、富含碳元素的環面(圖之右上)。

正如同所有偉大的藝術品般,行星狀星雲並不僅僅是令我們目眩神迷而已。這些星雲促使我們懷疑自己對此世界的認知,尤其是對於描述恆星生命故事的物理,也就是恆星演化理論,提出了莫大的挑戰。這是一門成熟且似乎已經發展完善的科學理論,同時也是我們了解宇宙的基礎理論之一。但它在解釋哈伯影像中明顯的複雜圖案時,卻遭遇上了麻煩。假如恆星生來就是圓的,活著的時候是圓的,死時也是圓的,那它們如何創造出類似螞蟻、海星和貓眼等如此複雜而精緻的圖案呢?


羽化成仙


在上一世紀裡,天文學家了解到當恆星死亡時,它們可依照質量被區分為兩個截然不同的族群。那些誕生時超過八倍太陽質量的巨大恆星,臨死時會突然爆炸而成為超新星。其他類似太陽般較普通的恆星則苟延殘喘,它們不會爆炸,而是在來日不多的餘年裡,像汽油將盡的汽車引擎般,斷斷續續地燃燒它們的燃料。


恆星一生的能量來源,幾乎都來自中心的核反應,過程中會耗盡所有可用的氫,然後是氦。當核燃燒向外進行到核心周邊殼層的新物質時,恆星會膨脹成所謂的紅巨星。當殼層中的氫也燃燒殆盡,恆星便開始融合氦。在這個過程中,恆星變得極不穩定。深層的擾動,結合輻射壓與其他作用力,將脹大而鬆散的表層高高舉起,向外拋入太空中,創造出行星狀星雲。


自18世紀至今,天文學家已拍攝並且記錄了大約1500個行星狀星雲。在我們的星系裡,可能另有一萬個行星狀星雲,潛藏在緻密且厚重的塵埃雲氣底下。銀河系中,雖然每隔幾世紀有一顆超新星爆發,但每年都有一朵新的行星狀星雲形成,並有上百朵老舊星雲消褪隱遁。超新星或許較為明亮耀眼,但其殘骸翻騰無序,欠缺如同行星狀星雲般的對稱與複雜。